扭转条件下过渡圆角半径及径比对圆轴疲劳寿命的影响

提出应用局部应力应变法计算疲劳寿命的原理.建立不同圆角半径和径比圆轴的有限元计算模型,利用ANSYS软件计算纯扭转条件下过渡圆角处的局部应力、应变;应用局部应力应变法计算对称循环载荷谱下的疲劳裂纹萌生寿命;绘制寿命随圆角半径和径比变化的曲线图.计算分析结果表明,疲劳裂纹的形成寿命随着过渡圆角半径的变大而增长,随着径比的增大而呈下降趋势,径比越大,过渡圆角半径越小,疲劳裂纹的形成寿命越短.     

某型飞机机轮半轴建模与特性分析

以某型飞机主起落架机轮半轴的疲劳断裂事故为研究背景,利用有限元法对某型飞机机轮半轴进行了静态受力分析,得到了飞机机轮半轴的断裂部位与受力特点,同时进行了机轮半轴动态特性分析,并给出了部分固有频率和振型.所得计算结果为研究和改进某型飞机机轮半轴设计提供了依据.     

柔性结构疲劳寿命的预测方法

讨论柔性构架结构疲劳寿命的预测方法,建立刚柔耦合多体动力学模型,计算结构危险点的动载荷时间历程;利用有限元准静态分析法,获得应力影响因子;利用模态分析技术获得结构固有频率和模态振型,确定结构的危险点位置.基于危险应力分布的动载荷历程,结合材料特性曲线以及线性损伤理论,进行标准时域的柔性结构应力应变的循环计数,损伤预测和寿命估计.应用该方法对构架结构进行疲劳寿命预测,结果表明,该预测方法预测精度有效,可以有效提高结构耐久性设计质量.     

大型滚塑成型设备支承托轮接触疲劳有限元分析

滚塑成型工艺是一种极具生命力的塑料成型技术,托轮是滚塑成型设备的关键传动件与支承件,其疲劳寿命严重影响设备的使用性能.为了预测托轮的疲劳寿命周期,基于经典Hertz接触理论,在ANSYS APDL中建立了托轮-滚圈非线性接触有限元模型,研究了应力分布规律,结合ADAMS动力学仿真获得的虚拟载荷谱,利用协同仿真技术进行了疲劳寿命估计,找到了危险易损区域,并分析了该区域过渡圆角尺寸大小对托轮疲劳寿命的影响.结果表明:托轮的危险薄弱区域位于轮辐与轮缘交接处;随着其过渡圆角半径增大,疲劳寿命显著提高;但圆角半径超过某一临界值时,疲劳寿命反而降低.     

多阶模态下无触点电子喇叭膜片的断裂失效机理

由于膜片在工作过程中经历高频率的振动,因而疲劳断裂是其主要失效形式.为提高膜片的疲劳寿命,文中通过有限元方法对汽车无触点电子喇叭膜片进行了数值模态分析,并通过实验方法深入研究了膜片断裂失效的机理.结果表明:汽车喇叭膜片在各阶模态下的等效应力最大值均发生在膜片上底面的外缘附近,因此该区域将是膜片最容易疲劳屈服而发生疲劳断裂的区域.由于各膜片间存在一定的尺寸误差和装配误差,使得各膜片的固有频率存在较大的差异,因此,在相同的激励频率下表现为不同的振动特性.喇叭膜片疲劳断裂时的裂纹在等效应力最大值附近萌生,因此为增大喇叭膜片的疲劳寿命,在膜片设计时应设法减小膜片上底面外缘处的应力集中.     

汽车半轴楔横轧机动态特性

为了解汽车半轴楔横轧机动态特性,提高设备整体性能和产品精度,应用ANSYS有限元动力学分析模块,得到了汽车半轴轧机的工作机座和主传动系统的固有频率和振型,并对汽车半轴楔横轧机动态特性进行了详细分析. 结果表明,该轧机的工作机座和主传动系统的动态特性设计可靠.     

螺栓连接纵向安装边机匣的有限元分析与优化

针对航空发动机螺栓连接纵向安装边机匣的结构特点,运用有限元优化设计方法,建立了螺栓连接纵向安装边机匣的有限元计算模型,利用有限元软件进行了应力分析与模态分析,获得了螺栓连接纵向安装边机匣的最大等效应力和前4阶固有频率以及相应的振型,并对纵向安装边的几何参数进行了应力灵敏度分析和动态特性灵敏度分析。在此基础之上,确定了纵向安装边主要设计参数的变化对结构最大等效应力和低阶固有频率的影响规律。通过修改设计参数对螺栓连接纵向安装边机匣结构进行优化,提高了结构强度和动态性能,为螺栓连接带纵向安装边机匣设计提供了依据。     

6063铝合金的多轴比例疲劳特性及其微观机理

对6063铝合金进行多轴比例加载疲劳试验及微观结构观察,分析材料的疲劳特性及其微观机理.结果表明:随着等效应力幅值的提高,6063铝合金的疲劳寿命降低,材料的循环硬化现象逐渐明显,位错结构密度逐渐增大,位错由初步的交滑移结构演变为明显的迷宫状结构;使用MansonCoffin公式可对铝合金的多轴比例加载疲劳寿命进行准确的预测;位错结构是影响6063铝合金循环特性和疲劳寿命的主要因素.     

基于拉压差异的沥青混合料强度与疲劳特性

【目的】探究沥青混合料的拉压差异力学特性。【方法】开展了典型沥青混合料直接拉伸和四点弯曲强度及疲劳试验,基于材料拉压模量差异特性推导并得到了区别于传统四点弯曲梁的真实四点弯曲强度计算公式,分析了传统四点弯曲、真实四点弯曲及直接拉伸应力状态下强度、疲劳寿命及模量衰变规律。【结果】真实四点弯曲强度约为传统四点弯曲强度的80%,在相同加载速率下,不同应力状态强度中直接拉伸强度最小,且其对加载速率的敏感性亦最低;在相同应力水平下,直接拉伸疲劳寿命最小,但在相同真实应力比下直接拉伸疲劳寿命最大,真实四点弯曲疲劳寿命约为传统四点弯曲疲劳寿命的46%;真实四点弯曲疲劳试验的模量衰变速率远小于直接拉伸模量衰变速率,且破坏时前者的模量衰减幅度更小。【结论】材料的拉压差异特性对其力学参数的测试结果及变化规律影响显著,研究成果可为考虑拉压差异的沥青路面结构设计参数取值提供参考。     

无内胎钢制车轮高强度钢等代设计

利用SolidWorks和Ansys软件建立22.5 in×9.0 in无内胎钢制车轮的有限元分析模型,采用高强钢代换低强钢的方法,在保证强度和疲劳寿命的前提下,对车轮进行了轻量化设计,减薄了轮辋和轮辐厚度。弯曲和径向试验的仿真结果表明:虽然改进后的各自最大等效应力都有所增加,但都没有超过材料的屈服极限;采用名义应力法并根据经验公式建立的590CL材料的S-N曲线方程,计算得出的疲劳寿命符合GB/T 5909—2005标准要求。     

HQ1400型压裂泵蜗杆花键轴强度及寿命分析

在花键轴材料分析及机械性能测试的基础上,通过花键轴载荷分析,利用Pro/E和Pro/M对花键轴进行强度和疲劳寿命分析,证实花键轴的断裂机理就是疲劳断裂,并从设计、材料选择、加工制造、质量控制等方面提出了针对性的措施,认为：在改进设计和制造蜗杆花键轴时,应该选用50CrMoA,调质处理加表面淬火,控制钢中的S、P、Cu含量,适当加大花键轴的直径,同时加大齿根圆角半径,以提高花键轴强度和寿命。     

非对称载荷下驱动轴强度与刚度的匹配与优化

为了解决某重载车辆的驱动轴容易发生早期失效的问题,提出了一种在非对称载荷作用下实现结构强度与刚度合理匹配的分段优化设计方法。通过分析非对称承载驱动轴的刚度对载荷分布的影响,建立了以结构强度和疲劳寿命为约束、驱动轴花键的应变相等为目标的驱动轴结构设计优化模型。优化设计结果表明,危险部位右侧花键齿根应力降低了90.3 MPa,驱动轴两侧扭矩分配更合理,且使用寿命提高了72.2%。     

混流式转轮静强度和振动特性分析

为大型水轮机组的安全、稳定运行,研究了转轮在水介质中的动力特性。运用顺序耦合的方法,分析了在三维旋转流动所产生的水压力作用下转轮体的静强度特性;运用全流固耦合的三维有限元方法进行了转轮在水介质中的模态分析。强度分析结果表明,应力集中的部位与裂纹实际产生的位置完全吻合,但最大等效应力远小于材料的极限破坏应力;模态分析得到转轮在水中的自振频率和振型等振动特性,指出了发生共振的可能性。结果证实了导致裂纹产生的原因不是静应力而是动载荷的作用。     

ZK2450振动筛动态特性的分析

运用有限元法对ZK2450直线振动筛的动态特性进行了分析,计算了该振动筛的多阶固有频率、模态振型及其在额定载荷下的应力分布情况.结果表明,该振动筛的设计能满足强度要求,为振动筛的强度设计和改进提供了参考.     

基于线弹性断裂力学法分析焊接圆管节点的残余寿命

焊接圆管节点在焊缝处萌生疲劳裂纹后,在发生疲劳失效前的残余疲劳寿命可以通过线弹性断裂力学来进行计算。通过计算裂纹尖端的应力强度因子的大小,可以间接预测管节点在发生疲劳破坏前的残余寿命大小。本文详细介绍了如何计算应力强度因子以及管节点残余疲劳寿命的方法,为工程设计人员提供设计思路。     

威布尔分布下小样本P-S-N曲线拟合方法

为拟合疲劳寿命服从威布尔分布的小样本P-S-N(失效概率-应力-循环次数)曲线,提出了小样本疲劳寿命试验数据统计分析与P-S-N曲线拟合方法。根据疲劳寿命均值和标准差与应力水平的线性关系,基于已知的最高级应力水平的疲劳寿命分布参数,使用疲劳寿命算术平均值替代其他级应力水平均值(期望),获得疲劳寿命均值与应力水平的线性关系。根据此关系,将不同级应力水平的疲劳寿命等效到最高级应力水平,检验等效寿命与最高级应力水平疲劳寿命的均值相对误差,反推各级应力水平疲劳寿命的统计参数,从而实现了P-S-N曲线的拟合。算例结果表明:使用全部疲劳寿命数据时,所提方法拟合结果与传统方法拟合结果相对误差小于1%;对于拟合设计的2组方案(8-5-5和8-3-3),所提方法与传统方法拟合结果相对误差小于10%;所提方法能够得到较为合理的参数,获得较好的P-S-N曲线拟合结果。     

斜齿轮动态啮合及疲劳寿命分析

为了对高速斜齿轮啮合进行探究,首先通过有限元法构建多自由度的转子-轴承系统动力学方程,并计算齿轮啮合的固有频率,通过Newmark-β法计算位移响应,之后应用KISSsoft建立几何模型并对其齿形在齿廓和齿向两方面进行修形,应用ANSYS Workbench对修形前、后的斜齿轮副进行瞬态分析,并通过在等效应力、疲劳寿命和安全系数方面进行对比分析。结果表明：修形后的斜齿轮等效应力下降,疲劳寿命增加,安全系数提高,证明该修形方式的可行性,为设计高速斜齿轮啮合研究提供了参考。     

甲醇合成塔管板有限元分析及优化

借助ANSYS软件,对甲醇合成塔的7种工况进行应力分析和安全评定,并通过改变管板与壳体连接过渡圆角对管板进行优化分析.结果表明,最大等效应力均出现在几何形状不连续处;热应力是影响管板应力的主要应力,由于热应力的影响,含温度载荷的工况等效应力数值较大;对7种工况进行应力评定,评定结果均为合格;并针对工况5通过改变过渡圆角半径进行优化,明显改善了管板的应力分布状况.所得结论对甲醇合成塔的应力评定和优化分析有一定的参考价值.     

CFRP加固裂纹钢板的疲劳寿命及加固参数研究

钢结构在运行一段时间后,其母材或焊缝附近易产生裂纹,因此需要对裂纹进行修复以延长使用寿命.文中研究了碳纤维增强复合材料(CFRP)加固裂纹钢板的疲劳寿命及加固参数.首先采用粘结力理论,建立CFRP加固裂纹钢板的有限元模型,计算得到裂纹尖端的应力强度因子;然后进行4组对比疲劳试验,利用试验数据和Paris公式计算材料常数C和n,将计算的应力强度因子代入Paris公式预测试件的疲劳寿命;最后利用有限元模型对CFRP加固的刚度、长度、宽度等加固参数进行了研究.结果表明:根据有限元模型计算的应力强度因子幅和Paris公式可以准确预测CFRP加固裂纹钢板的疲劳寿命;CFRP加固可以减小裂纹尖端的应力强度因子,有效提高裂纹钢板的疲劳寿命.     

Q345钢对接接头低周疲劳性能试验研究

采用等幅轴向低周疲劳试验,通过疲劳寿命、循环应力-应变响应特征及应力-应变滞回曲线等指标研究了Q345钢对接接头的疲劳性能,观察了疲劳断口宏观特征,并在试验研究和有限元分析的基础上,建立了该焊缝材料的疲劳寿命预测公式.结果表明:焊缝材料初始阶段表现为明显循环硬化现象,后期为轻微循环软化,总体上提高了材料的强度及疲劳性能;随着轴向位移的增加,应力幅增大,循环硬化率线性减小;滞回曲线光滑、饱满,材料耗能能力稳定;疲劳断口可明显划分为裂纹源区、裂纹扩展区和裂纹瞬断区,为典型疲劳破坏断口.得到的疲劳寿命预测公式对实际工程中Q345钢结构的疲劳分析和寿命预测具有重要意义.