考虑温度影响的角接触球轴承疲劳寿命仿真研究

针对承受热应力和结构应力共同作用下的角接触球轴承,利用ANSYS Workbench软件对其进行疲劳寿命分析。在三维软件Pro/E中建立轴承模型,导入有限元软件ANSYS Workbench中得到轴承的有限元模型,进行热-应力耦合分析,得到轴承温度分布和应力分布;根据零件的材料属性,利用ANSYS Workbench的Fatigue模块分析了轴承的疲劳寿命。根据软件模拟计算得到轴承寿命情况,为机床主轴轴承寿命的预测奠定基础。     

刀具夹头感应加热的温度模型研究

介绍了透入式感应加热原理,论述了加热温度与线圈电流、频率之间的关系,建立了45钢型热装刀具夹头加热的温度模型,给出了工频加热的理论依据,为刀柄热缩机的设计提供理论参考与数据支持。     

铝合金压铸模具热疲劳寿命试验研究

压铸模具是压铸的关键部件之一,其经受周期性的加热与冷却,易产生热疲劳。针对这种现象,研究压铸模具热疲劳的过程,不同工艺对热疲劳寿命的影响规律,探索预测压铸模具热疲劳寿命的方法。研究开发自约束冷热疲劳方法的热疲劳试验机,试样在铝液中加热,在脱模剂中冷却,试样内部通冷却水冷却,实现在压铸条件下的模具热疲劳试验。采用开发的热疲劳试验机对H13钢试样进行热疲劳寿命试验研究,在试验过程中测量试样的温度变化,每隔3 000～4 000次测量残余应力,观察裂纹,经过几万次的循环后可以得到应力变化曲线和基于温差的模具热疲劳寿命曲线。研究水冷对试样的温度、应力、裂纹以及热疲劳寿命的影响。同时,针对试验过程进行传热数值模拟,得到不同工艺条件下的模具温差。试验和数值模拟相结合讨论如何提高模具的热疲劳寿命。     

感应加热线圈参数对被试件温度场的影响分析

针对感应线圈参数对感应加热温度场的影响问题,以ANSYS软件为工具,采用磁热耦合分析的方法,对不同参数水平条件下的电磁感应加热过程进行了有限元计算。运用仿真结果对比分析的方法,研究了感应线圈形状、与加热面间的距离、线圈铜管宽度以及铜管间距对感应加热温度场的影响规律。并以平板被试件为对象,设计了平板感应加热测温试验,对仿真结果进行了试验验证。研究结果表明,感应加热温度场高温区域的形状与线圈形状相似;线圈与加热面之间距离越小,加热温度幅值越大,但对温度分布基本无影响;铜管越细或铜管间距越小,加热最高温度越高,且高温区域向平板边缘移动。     

Study on the Thermal Fatigue Life of H13 Steel for Aluminum Alloy Casting

压铸模具是压铸的关键部件之一,其经受周期性的加热与冷却,易产生热疲劳.针对这种现象,研究压铸模具热疲劳的过程,不同工艺对热疲劳寿命的影响规律,探索预测压铸模具热疲劳寿命的方法.研究开发自约束冷热疲劳方法的热疲劳试验机,试样在铝液中加热,在脱模剂中冷却,试样内部通冷却水冷却,实现在压铸条件下的模具热疲劳试验.采用开发的热疲劳试验机对H13钢试样进行热疲劳寿命试验研究,在试验过程中测量试样的温度变化,每隔3000～4 000次测量残余应力,观察裂纹,经过几万次的循环后可以得到应力变化曲线和基于温差的模具热疲劳寿命曲线.研究水冷对试样的温度、应力、裂纹以及热疲劳寿命的影响.同时,针对试验过程进行传热数值模拟,得到不同工艺条件下的模具温差.试验和数值模拟相结合讨论如何提高模具的热疲劳寿命.     

轮轨激励对高速列车轴装制动盘热-机耦合疲劳分析

为研究轮轨激励对高速列车轴装制动盘热-机耦合疲劳影响,建立高速列车制动盘动力学模型和三维瞬态热-机耦合有限元模型,对紧急制动工况下轴装制动盘振动特性和热-机耦合特性进行计算分析。结果表明,高速列车制动盘在垂向上的振动加速度值最大,横向上最小,且振动形式以制动抖动为主,在0～100 Hz范围抖动最剧烈;与无轮轨激励工况相比,有轮轨激励的轴装制动盘表面温度升高得既快又高,在散热时,温度下降也更快;摩擦面总体呈现三个环状温度分布,在摩擦半径中心处制动盘表面温度比两侧温度高,在三个不同的摩擦半径上,温度呈现梯度分布;有、无轮轨激励工况下制动盘表面的疲劳损伤和疲劳寿命的分布云图与制动盘表面的温度场分布情况基本一致,且热应力越大制动盘表面的疲劳损伤越严重,疲劳寿命越短。     

可调弧度感应加热装置的设计

钢管内壁滚涂衬塑是提高钢管防腐性能和使用寿命的重要手段之一.为适应不同直径钢管的感应加热需求,本文设计了一种可调弧度的感应加热装置,并进行了电磁场仿真、电磁-热耦合仿真和性能试验.利用Maxwell软件对两种不同绕制方式的感应器进行电磁场仿真分析,发现采用涡状绕制方式的感应器磁场分布更集中;并与ANSYS workbench软件进行电磁-热耦合仿真分析,仿真结果表明该装置能够满足钢管衬塑的加热要求.加热试验和粉末熔融试验表明:在电流为460 A,频率为8000 Hz时,加热装置能在10 s左右将钢管内壁加热至聚烯烃粉末熔融温度,且粉末熔融过程中不产生刺激性气体,塑料层成型良好,满足钢管衬塑加热要求.     

基于高频感应加热电源的热装配人机交互系统

为了确定合理的曲轴箱孔热装配工艺参数,减少大量的人工试验调试及手动计算工作。本文建立了基于高频感应加热电源的热装配人机交互系统,运用参数化设计语言APDL,编写了曲轴箱孔的电磁-热-结构耦合命令流程序,采用可视化语言VB,设计了模块化的热装配人机交互界面,利用USB接口技术,实现了系统与高频感应加热电源温度控制模块的通信。由此,通过VB对ANSYS进行封装,可自动调用ANSYS对其进行有限元模拟分析。结果表明,该系统不仅实现了曲轴箱孔在热装配过程中温度、变形量的直观化,而且还可以快速地完成其在不同参数下的分析计算,提高了热装配效率,保证了装配质量,人机交互效果得到了明显提升,具有重大的工程实际研究价值。     

高温对汽车灰铸铁制动盘热疲劳裂纹萌生寿命的影响

汽车制动盘的工作温度高、易产生热疲劳,其性能直接影响行车安全,对高温下制动盘的热疲劳裂纹萌生寿命的研究十分必要。首先研究取自汽车制动盘上的灰铸铁HT200试样在500℃下单调拉伸与压缩的性能,对应力—应变曲线进行分析,得到其力学性能参数;接着基于这些参数,对初始温度为400℃时的制动盘在单次紧急制动工况下进行热-结构耦合仿真分析,得到制动盘的温度场和应力场分布;最后利用应变疲劳的方法根据Miner线性累积损伤理论研究500℃下灰铸铁HT200的塑性特性对制动盘热疲劳裂纹萌生寿命的影响。研究结果表明:制动过程中的热应力远大于机械应力,是产生疲劳裂纹的主要原因;高温下制动盘材料HT200的塑性特性对制动盘热疲劳裂纹萌生寿命的影响很大,在研究制动盘裂纹萌生寿命时需考虑高温下塑性特性对寿命的影响。利用制动盘在高温制动过程中的周向应变并考虑高温下材料的塑性特性计算热疲劳裂纹萌生寿命,为制动盘热疲劳寿命的评价打下基础。     

热轧制中工作辊的有限元分析和疲劳寿命研究

轧辊在轧制工作中处于复杂的应力条件下,极易产生疲劳失效。以中厚板热轧中的工作辊为研究对象,采用ADAMS建立轧辊刚柔耦合的动力学模型来提取轧辊轧制力,在ANSYS中建立轧辊的温度场分布模型来获取瞬态温度的分布,再将轧制力和温度载荷作为边界条件在ANSYS中建立热固耦合模型,获得综合作用下的瞬态应力应变结果,以此作为疲劳分析的输入,利用MSC.Fatigue软件对轧辊进行了疲劳寿命仿真分析。结果对轧辊的疲劳寿命,确定修磨辊身和换辊的时间有重要参考价值。     

HSK热缩刀柄-刀具失效分析

为充分发挥HSK热缩刀柄在高速加工中的应用潜能,分析了HSK热缩刀柄在高速加工中的失效形式,对材料强度失效和夹紧力失效两大方面进行了详细分析,并提出了相应的应对方法。综合考虑了HSK刀柄和刀具尺寸、过盈量、材料特性、离心力、传递扭矩等因素的影响。一般情况下,夹紧力不足是夹紧系统高速旋转失效的主要原因。对HSK热缩刀柄的失效形式进行了总结,并且分析了其主要原因,利用ANSYS进行了仿真验证,得出有益的时效应方案,为HSK热缩刀柄在实际加工应用中提供指导依据。     

不同壁厚热缩刀柄夹持力的研究

基于对热缩刀柄一刀具配合夹持状态的理论研究,利用有限元软件ANSYS对两种不同壁厚HSK热缩刀柄一刀具配合在不同转速、相同初始过盈量下的夹持力进行仿真对比分析.对比分析表明:随着主轴转速的增加,热缩刀柄一刀具配合的接触压力总体下降,但最大接触压力有升高趋势;离心力对3°薄壁刀柄夹持力的削弱作用并不明显,离心力与初始过盈...     

高速HSK热装工具系统结合部的参数辨识

HSK工具系统的动态特性直接影响机床的加工效率与质量,获得准确的工具系统结合部参数又是精确预测HSK工具系统动态特性的基础。将热装刀柄-刀具结合部简化为弹簧-阻尼模型,基于Timoshenko梁理论建立了HSK热装刀柄-刀具结合部的有限元模型,采用弹塑性理论辨识结合部的刚度和阻尼,获得了HSK热装刀柄-刀具结合部内沿轴向不同位置的刚度和阻尼。进而建立了HSK热装工具系统的有限元动力学模型,分析工具系统刀尖点的频响函数。最后进行了HSK热装工具系统频响函数的实验测量,与理论频响函数相比较,验证了将结合部等效为弹簧-阻尼的辨识方法的合理性和有效性。     

HSK主轴／刀柄联接锥面的疲劳寿命分析与计算

在分析HSK主轴／刀柄联接锥面疲劳失效的各影响因素的基础上,利用有限元软件NX Nastran中的疲劳分析和计算功能,针对HSK 63E型刀柄在主轴锥孔内反复拉紧和松开的工况进行了疲劳强度和疲劳安全因子的计算,仿真过程和计算结果可以为设计新型HSK刀柄的结构优化、选材和热处理工艺提供理论参考。     

HSK热装刀柄—刀具系统径向刚度分析

HSK热装刀柄是高速数控机床的重要通用部件之一,由于其动静态精度、刚性、可靠性、安全性等直接影响到被加工零件的质量和加工效率,因此从理论上分析各因素对系统刚度的影响有着重要意义。本文基于ABAQUS,运用FEA手段分析了不同的过盈量、夹持量、悬伸量以及转速对HSK热装刀柄—刀具系统径向刚性的影响,通过回归分析手段得到对系统刚度影响最为显著的因素。     

热缩刀柄夹持力的理论模型与有限元分析

HSK热缩刀柄是一种适合高速加工的新型工具系统,夹持力是决定其能否正常工作的关键,研究热缩刀柄夹持力的影响因素对生产过程具有指导意义.本文建立了热缩刀柄一刀具配合模型,研究了热缩刀柄-刀具配合夹持力的影响因素,利用有限元技术对夹持力的影响因素进行了仿真分析,验证了理论模型,解释了加工中掉刀现象的发生机理,并提出了在不同...     

Comparison of thermal fatigue behaviour of ASTM A 213 grade T-92 base and weld tubes

Super-heater tubes are subjected to alternate heating and cooling in power plants causing them to crack and eventually fail. This phenomenon is referred to as “thermal fatigue.” In this paper, a laboratory simulation for reproducing the thermal fatigue phenomenon is developed to determine the number of cycles necessary before failure occurs in super-heater tubes. The temperature and strain distributions along the specimen were computed theoretically using ANSYS software for the applied temperature condition. The thermal fatigue test was conducted for both base and shielded metal arc (SMA) welded tubes separately and both passed in the non-destructive tests. These tubes were subjected to thermal cycles from 800°C (accelerated temperature) to room temperature. Oxy-acetylene heating setup was utilized as a heating source, and a water bath was utilized for quenching purposes. The tests were carried out until open cracks were identified. Surface cracks were identified in the base and weld tubes after 90 and 60 cycles respectively. This study reveals that heating and cooling cause thermal fatigue, initiate cracks in the tubes.     

超低温介质内冷式刀柄的设计及试验研究

为满足常规机床超低温内冷式改造需求,设计了超低温内冷式刀柄,提出了内层旋转、外层静止的刀柄双层构型思路,分析了刀柄的传热过程及强度可靠性并进行了结构优化,利用热流固耦合数值模拟验证了刀柄的温度场、整体形变与强度.在此基础上,研制出超低温内冷式刀柄一套,开展了几何精度与热平衡温度测试.研究结果表明:刀柄隔热性能良好,且在...     

数控机床HSK刀柄和主轴在高速旋转下的连接性能分析

刀柄与主轴连接性能对数控机床的加工精度以及工作安全性影响显著。针对HSK刀柄在高速旋转过程中发生刀柄和主轴连接失效这一主要失效形式,应用弹性力学理论建立了任一转速下刀柄与主轴连接锥面的接触应力模型,且有限元分析结果与该理论模型有较好的一致性。在此基础上,综合考虑夹紧力以及刀柄、主轴配合过盈量的影响,建立了基于HSK刀柄与主轴连接的临界转速计算模型以及连接可靠性模型。根据临界转速模型可以从理论上计算出一定过盈量和夹紧力下的临界转速,分析夹紧力和过盈量对临界转速的影响。根据连接可靠性模型可以求解任一转速下刀柄和主轴连接的可靠度,并得到可靠度随转速的变化规律。这两个模型的建立对防止HSK刀柄、主轴连接的失效,保证高速切削加工的精度以及工作的安全性有重要意义,同时也为正确使用HSK刀柄以及刀柄尺寸结构进一步优化和可靠性设计提供了理论基础。
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