铝合金车轮强度有限元分析研究

针对铝合金车轮动态弯曲疲劳问题,建立了车轮弯曲实验的静态有限元模型,然后使用商用有限元软件LS-DYNA的隐式计算方法,对铝合金车轮在弯矩作用下的应力分布进行了仿真分析.通过对四个典型状态下车轮主应力分布情况的仿真结果评价,确定了铝合金车轮上最易导致疲劳裂纹产生的高应力区域.该计算机模拟实验平台的建立对铝合金车轮的前期设计开发具有重要的指导意义.     

基于弯曲和径向疲劳试验的车轮仿真分析

车轮在设计完成后,需要进行弯曲和径向疲劳物理试验,检验是否满足疲劳寿命的要求。为解决这种开发模式周期长、成本高的问题,基于弯曲和径向疲劳物理试验的方法,使用Creo和Ansys Workbench软件对材质为A356、规格为16×7 J的某型铝合金车轮,建立三维模型和有限元模型。给出仿真流程和仿真思路,采取静态分析模拟动态分析的方式,预测车轮疲劳寿命和安全系数。仿真结果表明,两种试验仿真中最大应力出现的位置与物理试验的位置相一致,验证了有限元方法预估车轮寿命的有效性,从而可以根据分析结果对车轮进行优化设计。     

超级钢汽车车轮强度有限元分析

采用新一代钢铁材料超级钢代替原有的普通强度钢材制造中型客车或货车车轮,以此实现汽车减重、降低油耗和减少环境污染.并针对车轮动态弯曲疲劳试验建立了3种中型客车车轮的静态线性有限元模型,通过模拟计算确定车轮结构的危险点,反映应力集中程度.同时对采用超级钢制成的一组车轮进行动态弯曲疲劳试验.模拟和实验结果表明,采用超级钢生产的车轮在轮辐厚度减少2.5 mm,总质量减少10 kg的情况下仍能达到动态弯曲疲劳试验标准.     

汽车车轮轮辐疲劳裂纹位置预估

针对汽车车轮钢圈,建立有限元模型,进行应力分析和疲劳裂纹位置预估.通过施加合理的载荷及边界条件,分析车轮工作过程中的应力变化情况,从而预估汽车车轮疲劳裂纹位置.对比预估和试验结果表明,通过有限元计算预估的车轮疲劳裂纹位置与通过试验得到的疲劳裂纹位置很吻合.     

汽车轮毂冲击的 CAE与实验分析

针对汽车车轮冲击试验,通过动态响应有限元分析,确定车轮结构中的最大应力及危险位置,并通过实验应力分析,利用动态电阻应变仪等,测定并计算车轮结构中关键点的应力响应,利用MATLAB计算并绘制Von Mises应力响应曲线。通过对比有限元分析与实测结果,提出修正系数,对有限元分析模型进行修正,该结果可用于企业的车轮设计,提高产品结构设计的一次合格率。     

铝合金车轮弯曲疲劳寿命的仿真分析与试验研究

该文运用有限元分析软件ABAQUS,对某铝合金车轮旋转弯曲疲劳寿命进行了仿真分析,得出易于产生疲劳裂纹的应力集中点及其最大应力值。其次,采用疲劳寿命名义应力法建立了铝合金车轮的S-N曲线,计算应力集中点的应力幅与平均应力,将等效应力幅取对数代入S-N曲线,预测所分析铝合金车轮的疲劳寿命。最后,进行了改进前后铝合金车轮的旋转弯曲疲劳台架试验,验证了仿真结果。分析表明,名义应力法可以较好预测铝合金车轮的疲劳寿命。     

载重车轮动态弯曲疲劳试验用高强螺栓的断裂分析

载重车轮下线后一般需要进行动态弯曲疲劳试验。但连接车轮和弯曲疲劳试验机加载轴所使用的高强度螺栓在试验过程中出现了早期断裂的现象。通过宏观检验、断口分析、硬度测试和金相分析等方法对失效螺栓进行分析,确定了其断裂的主要原因为热处理不良、内部组织不良、外表面脆性大和循环作用力大于疲劳许用应力。通过对高强螺栓原材料的检验,并调整热处理工艺,在后续的试验过程中未出现螺栓断裂的情况。     

矿用清障车托举机构疲劳寿命分析及结构优化

研究矿用清障车托举机构的疲劳寿命,并针对传统经验设计下的结构进行优化设计.采用多体动力学和有限元联合仿真的方法,建立整车刚柔耦合动力学模型,将仿真获得的载荷时间历程作为托举机构疲劳分析的随机载荷谱,利用S-N方法对托举机构进行疲劳寿命预测.结果显示,机构最小疲劳寿命为4.54×106次(相当于4.3年),对于需要长期运作的矿用车来说该值偏小.进而采用基于变密度法的拓扑优化方法以静态多工况刚度和动态低阶固有频率为目标对托举机构进行优化设计,获得了最优的臂架拓扑图,再对托举机构进行尺寸优化,依据优化结果完成新托举机构的设计.最后与原托举机构的强度和疲劳寿命进行比较,结果表明,优化后的托举机构强度和疲劳寿命分别改善了11.7%和521%.     

基于静动态特性的管道清淤机器人清淤盘的优化研究

目的为实现清淤装置的轻量化和提高工作可靠性,以参数优化和拓扑优化结合的方法对清淤盘进行静、动态特性研究.方法优化前通过有限元分析确定优化目标和顺序优化方法;以质量最小化作为优化目标,以应力和柔度作为约束条件建立参数优化数学模型,对基盘进行参数化优化;以柔度最小作为优化目标,以体积缺省比和应力作为约束条件,建立拓扑优化模型,对清淤盘进行拓扑优化;最后对优化后的清淤盘进行静、动态有限元对比分析.结果优化后,结构的质量减轻了37. 94%;迎水面积大幅减小;最大变形改变量分别为3. 04%和11. 07%;结构应力分别降低了55. 24%和87. 97%.结论清淤盘的优化达到了轻量化和减小迎水率的目的,结构刚度、强度均满足设计要求,且动态性能有所提高.     

某汽车排气系统的机械疲劳寿命仿真分析

为有效提高全寿命分析的准确性,采用有限元法预测排气系统的疲劳耐久性;将名义应力法与动态疲劳分析方法相结合,提出了一种基于动态响应的全寿命分析方法.该方法采用模态频率响应计算结构在不同频率激励下的应力响应,进而以应力响应为疲劳载荷并结合材料的疲劳特性和Miner线性累积疲劳理论,计算得到结构的疲劳寿命.以某型轿车排气系统为研究对象,分析其在发动机扭矩激励和振动激励下的机械疲劳寿命,仿真结果表明,该排气系统的耐久性满足要求.     

连续宽箱组合梁桥混凝土桥面板的疲劳损伤度

以杭州九堡大桥北引桥工程为背景,在已知疲劳设计车辆荷载模型的基础上,利用有限元法计算了车辆荷载下组合梁桥桥面板局部钢筋的应力历程.根据预测交通量,采用雨流法,换算得到了桥面板钢筋的应力谱,并用累计损伤准则得到了钢筋的疲劳损伤.对各车道在车轮局部荷载作用下钢筋的等效应力幅进行了对比,找到了最不利的车道受力位置,并对重车比例对混凝土桥面板的疲劳损伤的影响进行了比较.分析结果表明:如果仅按照静力标准设计,连续宽箱组合梁桥桥面板在100年设计使用期内出现疲劳破坏的可能性很大,设计时应充分考虑疲劳的影响,慢车道位置的合理布置以及减少重车的比例对桥面板的疲劳性能有显著的提高.     

基于Workbench的1300HP型泥浆泵人字型齿轮研究

利用Workbench 11.0对Soliderworks构建的人字型齿轮模型进行工作静载荷和疲劳分析,得出各个啮合面下的静载荷应力云图、疲劳应力云图,找出人字齿轮静载荷和疲劳危险点并得出齿轮安全工作的最小啮合面积值.为优化和改造人字齿轮的结构、提高泥浆泵的综合机械性能提供理论依据和方法.     

汽车减震器弹簧下座的疲劳仿真分析及结构优化

基于准静态有限元疲劳分析方法提取弹簧下座的力学模型,建立了弹簧下座的有限元模型,对其进行了疲劳寿命预测,在此基础上对弹簧下座进行了结构优化.疲劳台架实验和裂纹断口分析验证了疲劳仿真分析的正确性.结果表明疲劳裂纹并非一定发生在结构应力最大处,还与应力梯度以及结构所处的载荷状态相关.     

基于应力分析的钻具设计方法优化

钻具钻进过程中不断振动,其产生的交变应力促使钻具发生疲劳失效。钻具组合设计时多是考虑轴向应力对钻具的影响,很少考虑到振动的影响,考虑因素单一。为提高钻具钻进过程的安全性,基于钻柱所受轴向应力,考虑钻柱振动时所受动态应力,结合疲劳失效原理,建立了一种应力安全分析模型,并通过室内试验验证模型的合理性,进而分析钻柱整体在不同钻进条件下的安全系数和存在的危险位置,总结提出钻具组合优化方法。结果表明：转速对钻具的安全系数影响较大,钻压的影响程度较小;除了钻具井口位置,加重钻杆底部、钻铤底部均存在疲劳失效的可能;钻具优化方法可以提高钻具整体安全性。本文从应力方向角度分析了钻具的安全情况,提出了优化方法,为以后的钻具设计提供了参考。     

基于Kriging近似模型的碳纤维增强复合

以平纹机织碳纤维增强树脂基(CFRP)复合材料为研究对象,通过力学试验测试材料的静态力学和疲劳力学性能,结合Kriging插值方法和Basquin疲劳方程建立预测任意载荷下疲劳应力 循环寿命(S N)曲线的恒幅寿命图模型,并以此作为复合材料结构优化设计的性能约束;同时,利用最优拉丁超立方试验设计方法和Kriging近似模型构建优化目标和约束响应的近似模型,采用遗传算法优化得到CFRP复合材料电动汽车电池箱壳体的厚度,并通过台架实验加以验证.结果表明,优化后,电池箱壳体结构的减重率达到34.39%.     

车轮荷载下钢箱梁疲劳构造细节应力等级评定

针对车轮荷载作用下钢箱梁的疲劳构造细节等级评定问题,基于应力影响线,研究钢箱梁9种疲劳构造细节的局部疲劳应力。根据等效损伤原理对最大应力幅进行修正,并以此为依据划分钢箱梁疲劳构造细节。结果表明：车轮荷载对钢箱梁9种疲劳构造细节的应力影响范围均较小,横隔板与顶板、纵肋相交处的应力影响范围为横隔板间距;顶板与纵肋相交处、纵肋对接处以及顶板对接处,应力影响范围为横隔板间距的1/2。钢箱梁横隔板与纵肋相交处的修正等效应力幅最大,纵肋对接处的修正等效应力幅最小。考虑受力和施工质量,钢箱梁疲劳构造细节可划分为5个疲劳应力等级,并给出9种疲劳构造细节对应的等级。     

基于Kriging近似模型的碳纤维增强复合材料疲劳性能预测及其应用

以平纹机织碳纤维增强树脂基(CFRP)复合材料为研究对象,通过力学试验测试材料的静态力学和疲劳力学性能,结合Kriging插值方法和Basquin疲劳方程建立预测任意载荷下疲劳应力-循环寿命(S-N)曲线的恒幅寿命图模型,并以此作为复合材料结构优化设计的性能约束;同时,利用最优拉丁超立方试验设计方法和Kriging近似模型构建优化目标和约束响应的近似模型,采用遗传算法优化得到CFRP复合材料电动汽车电池箱壳体的厚度,并通过台架实验加以验证.结果表明,优化后,电池箱壳体结构的减重率达到34.39%.     

轮式装载机车架载荷谱及程序谱模拟疲劳试验

以ＺＬ５０装载机后车架为研究对象，在进行整机静态与动态测试基础上，编制了疲劳载荷谱和程序试验谱。并在电液伺服结构疲劳试验机上首次对后车架做了疲劳试验，取得了良好的结果。在研究方法上，提出考虑机器负重应力、载荷谱的频次扩展和用局部应力场模拟原理设计试件等理论。这对工程机械设计研究有参考价值。     

基于响应面模型的结构疲劳寿命优化方法

针对基于疲劳寿命的结构优化耗时长的缺点,该文将抗疲劳设计方法和优化技术相结合,研究一种基于响应面模型的结构疲劳寿命优化方法.以飞机起落架为研究对象,采用动力学仿真获得子结构疲劳寿命分析的载荷谱.以拉丁超立方试验设计方法建立了疲劳寿命的二次响应面模型,实现了某型飞机起落架前撑杆结构疲劳寿命优化设计,使其疲劳寿命提高了5.4倍.优化结果验证了方法的有效性.     

CRH5型动车组轮轨滚动接触应力及疲劳寿命的有限元仿真分析

为了研究CRH5型动车组轮轨在实际滚动接触过程中受力大小、分布以及由于循环应力作用而产生的疲劳问题,采用大型有限元模拟软件ABAQUS对其实际运行过程进行仿真模拟.结果表明:随着轴重载荷的增加,轮轨接触部位等效应力不断增大;车轮所受等效应力随距表深度的增加而减小,在距表深度10mm范围内等效应力较大;钢轨上的等效应力随距表深度先增大后减小,应力最大值出现在距表深度12mm处.采用S-N曲线折减法和疲劳分析软件Fe-safe对不同轴重车轮滚动接触疲劳寿命进行预测,2种计算结果表明:14、16、18、20t轴重下的车轮寿命均在6×10~7次循环以上,安全行驶距离大于1.2×10~6 km,符合CRH5型动车组三级以上检修周期要求.