钢丝绳三维有限元建模及静态拉伸应力状态分析

钢丝绳由多根高强度钢丝捻制而成,具有强度高、柔性好、承载力强等特点,在矿山、码头、交通等领域得到了广泛的应用。根据钢丝绳的几何结构特点,建立了7×7交互捻的钢丝绳三维有限元模型,并分析了钢丝直径、中心股捻距、外层股捻距和整绳捻距对钢丝绳周期性的影响。采用ANSYS进行优化参数的有限元模型进行静态拉伸载荷下的应力-应变曲线和各钢丝的应力状态分析,并分析了第一强度理论和第三强度理论的适用性。建立的钢丝绳三维有限元模型及应力状态分析与静态拉伸试验结果吻合良好,表明了建立的钢丝绳三维有限建模的有效性,具有重要的工程意义和实用价值。     

对2024铝合金疲劳裂纹扩展寿命进行预测

通过二维弹塑性有限元计算得到Ⅰ型静态裂纹在常幅疲劳载荷下裂纹尖端塑性应变能,进而获得裂纹尖端塑性应变能和应力强度因子幅值的非线性关系;根据能量平衡概念,建立了裂纹扩展速率与裂纹尖端塑性应变能的关系。由此得到一种基于裂纹尖端塑性应变能的疲劳裂纹扩展寿命预测模型,利用该模型预测了中心裂纹平板的疲劳裂纹扩展寿命,预测结果与试验值吻合得很好。     

多轴随机应变加载下铝合金缺口件有限元分析及寿命预测

在应变控制下对7075-T7451铝合金实心棒带U型环状缺口试件进行拉—扭比例、非比例恒幅和随机加载疲劳试验。查明名义剪切应力最大值与轴向应力最大值的下降规律,并用两者最先开始下降时的循环数比值来评估裂纹萌生寿命。利用弹塑性有限元法分析不同加载条件下试件缺口根部的循环应力、应变响应。基于有限元计算得到的应力、应变结果,采用拉伸型多轴疲劳损伤模型预测随机加载条件下缺口试件的疲劳裂纹萌生寿命,计算结果与试验得到的寿命比较吻合。     

汽车控制臂后衬套台架试验疲劳寿命分析

实现多轴工况下的橡胶部件的疲劳寿命预测具有重要意义,对橡胶衬套的台架疲劳试验寿命进行预测,研究和分析实现衬套多轴疲劳寿命预测的一些关键问题。进行衬套部件的台架疲劳试验,获得了部件的试验疲劳寿命。选定疲劳损伤模型,进行橡胶材料的疲劳寿命测试,拟合模型参数;使用有限元仿真和线性叠加法计算得到衬套在台架疲劳试验中的应力和应变响应;对衬套的台架试验疲劳寿命进行预测,分析损伤参数、载荷相位、线性叠加等因素对疲劳寿命的影响。结果表明,该文的材料疲劳试验方法和寿命预测方法能够较好地预测橡胶衬套台架疲劳寿命;对于台架试验工况,损伤参数对寿命影响不大,载荷的相位对寿命影响较大,线性叠加引起的误差不大。     

基于改进应变能密度法的电动轮自卸车车架焊缝疲劳寿命预测

针对复杂载荷作用下焊接结构应力应变响应出现非完全封闭而交叉的现象,考虑封闭环以外的塑性应变能密度,提出了一种改进的应变能密度计算方法。通过设计制作对接接头试验试件,开展了焊接接头机械性能和疲劳试验研究,获取了Ramberg|Osgood方程参量并构建了基于总应变能密度的疲劳损伤模型。建立了电动轮自卸车车架有限元模型,开展了车架焊缝多载荷步非线性有限元分析。结合新方法和数值模拟得到的应力应变响应计算危险点各应变能密度,依据拟合的疲劳损伤模型进行寿命预测,计算结果与实际失效位置和开裂时间吻合较好。     

特种设备用钢丝绳断裂的原因

采用宏观检验、断口分析、显微组织观察、化学成分分析、拆股试验等方法对特种设备用钢丝绳的断裂原因进行分析。结果表明:钢丝绳发生了疲劳断裂。在使用过程中钢丝绳承受着拉、弯、扭、挤、振动等复杂交变应力,使得钢丝绳外层股以及绳芯钢丝局部应力集中,同时在挤压、摩擦过程中温度升高导致表面组织发生相变,进而产生微裂纹,裂纹扩展导致断裂。绳芯钢丝比外层股钢丝磨损得更快,首先失效;在绳芯失效后,外层股钢丝磨损加速,进而导致钢丝绳整体失效。     

基于接触理论的拉伸弹簧可靠性分析

基于ANSYS商用有限元软件,建立了断路器拉伸弹簧的三维有限元模型,并对弹簧的刚度和冲击载荷作用下弹簧工作圈接触的应力分布进行了计算和分析.分析结果表明,对于拉伸弹簧,弹簧圈间的接触不仅使弹簧的最大应力比静态时的应力有所增大,而且在冲击过程中弹簧体内的等效应力随着簧丝间隙的不同而变化,因此在制造过程中应合理控制弹簧圈的间隙.最后,对SW6_110IW型拉伸保持弹簧在冲击载荷作用下的疲劳寿命进行了研究,数据表明如以静载荷模型模拟动载荷作用下的疲劳寿命,将会给弹簧可靠性预测带来较大的误差.     

转向架钢弹簧表面磨痕深度对其寿命的影响研究

为了研究表面磨痕深度对转向架钢弹簧寿命的影响，针对2种典型的磨痕形式，采用仿真模拟的方法对不同磨痕深度的转向架钢弹簧进行分析，并采用试验测试的方法对仿真结果进行验证。建立不同磨痕深度的弹簧有限元模型，根据试验大纲施加载荷并进行计算，得到其理论剩余寿命；对不同深度的钢弹簧进行疲劳试验，得到其实际寿命，从而对仿真结果进行验证。研究结果表明:内簧和外簧磨损深度在0.2～0.5 mm时，钢弹簧的疲劳寿命基本无影响；内簧磨损深度大于4.0 mm，外簧磨损深度大于1.2 mm时，最小寿命位置会发生转移，转移后钢弹簧疲劳寿命大大减小。     

PCE超越离合器弹簧的磨损及疲劳寿命分析

PCE超越离合器的弹簧运动、受载复杂,其寿命直接影响离合器的可靠性。文中采用动力学仿真方法对离合器接合及稳定传动阶段弹簧与楔块的相对速度进行了分析,基于Archard磨损模型计算获得了离合器接合瞬态与稳定传动两种状态下弹簧磨损断裂的时间。通过有限元方法分析了离合器接合状态下弹簧应力,采用Manson-Coffin模型对弹簧疲劳寿命进行了预测。研究结果表明:弹簧最大应力出现在弹簧与楔块侧槽接触处;弹簧疲劳裂纹产生寿命长于磨损断裂寿命,即弹簧的寿命取决于磨损。文中研究可为PCE离合器中弹簧的设计提供依据。     

螺杆泵定子橡胶疲劳裂纹扩展寿命预测

对非线性弹性断裂能量释放率和裂纹扩展速度的关系进行研究,建立了橡胶材料的疲劳裂纹扩展寿命预测模型.对带有预制切口的橡胶试件进行疲劳试验,试验疲劳寿命与理论预测疲劳寿命误差值为8.72%,验证此法预测螺杆泵定子橡胶的裂纹扩展寿命是可行的.对螺杆泵进行有限元计算和力学分析,确定螺杆泵最大等效应力和最小等效应力,进而计算螺杆泵各段模型危险疲劳位置的应变能释放率范围,预测螺杆泵定子橡胶的疲劳扩展寿命,并与螺杆泵实际寿命基本吻合,为螺杆泵疲劳寿命的预测研究提供了具有一定实用性的理论及方法.     

钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测研究*

钢丝微动疲劳过程中,钢丝裂纹萌生特性直接影响其裂纹扩展特性,进而制约钢丝微动疲劳寿命,因此开展钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测研究具有重要意义。基于有限元法、摩擦学理论和断裂力学理论,运用Smith-Watson-Topper（SWT）多轴疲劳寿命准则建立考虑磨损的钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测模型,基于多种不同的钢丝疲劳参数估算方法对钢丝的微动疲劳裂纹萌生寿命进行了预测,并探究接触载荷、疲劳载荷、交叉角度及钢丝直径等微动疲劳参数对钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命的影响规律。结果表明：基于中值法的预测结果最接近实际值;在微动疲劳过程中,钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命主要与接触载荷和疲劳载荷相关。通过引入微动损伤参数建立简化的适用于钢丝绳的钢丝微动疲劳裂纹萌生寿命预测模型,通过与考虑磨损的预测模型计算结果进行对比验证了该模型的准确性。     

某型航空发动机涡轮盘低循环疲劳寿命分析

确定发动机零部件的最大应力应变循环是进行零部件寿命研究的重要内容之一.弹塑性有限元分析常用于计算最大应力应变循环,但是由于各种载荷、约束等条件考虑不全面,得到的应力应变循环往往偏大.同时,某些零部件的瞬态温度场是决定其疲劳强度和使用寿命的重要因素,而获得准确的瞬态温度场是非常困难的.文中对某型发动机的高压涡轮盘进行疲劳试验条件下弹塑性有限元分析,对一台涡轮盘的残余应力进行测试,利用稳态温度场计算涡轮盘危险点最大应力应变循环,并根据弹塑性有限元分析和通过残余应力测试得到的最大应力应变循环进行低循环疲劳寿命预测.研究结果表明,弹塑性有限元分析法预测的寿命偏低,由残余应力可以较准确地确定最大应力应变循环.     

保载时间对P92钢蠕变-疲劳交互行为的影响

为研究保载时间对蠕变-疲劳寿命和应力-应变响应的影响规律,对P92钢在650℃下进行了应变幅为±0.5％,保载时间为36,600,3600 s的蠕变-疲劳试验,采用Chaboche塑性本构模型和应变强化蠕变模型进行有限元模拟,并对P92钢断裂试样进行透射电镜检测.试验结果表明:保载时间增长导致拉压屈服极限降低,最大拉应...     

基于断裂力学的DAS组合密封圈疲劳寿命预测

基于断裂力学理论，推导撕裂能与疲劳裂纹扩展速率间的函数关系式，将复杂的多方向应力转化为单轴等效应力，建立丁腈橡胶疲劳寿命预测模型。选用Mooney Rivlin本构模型来表征丁腈橡胶超弹性力学行为，在简化DAS组合密封圈结构后建立有限元模型，并通过计算应力分布确定危险单元位置。通过拟合拉伸试验数据得出应力应变关系，采用数值分析方法计算撕裂能变化量，并预测裂纹萌生位置与疲劳寿命。结果表明，DAS组合密封圈的危险单元位置在密封圈接近右侧密封槽倒角处。仿真软件预测的危险单元位置和疲劳寿命与理论计算结果一致，验证理论计算结果的正确性。     

某型电子设备连接铆钉断裂分析

针对某型电子设备在使用中出现的铆钉断裂现象,建立了结构的全尺寸有限元模型,并根据断面特征定量反推了输入载荷。随后通过仿真分析,准确预测了铆钉的断裂位置,还原了铆钉断裂过程并给出了铆钉的疲劳寿命。计算结果显示过大装配应力和来自载机的振动载荷共同导致了铆钉疲劳破坏。     

车轮径向疲劳试验有限元仿真及疲劳寿命估算

采用有限元分析方法,建立汽车车轮有限元模型,模拟车轮径向疲劳试验施加合理的载荷及边界条件.通过分析车轮试验过程中的应力变化情况,得出高应力集中区域及其各主应力值,运用疲劳寿命计算理论及ANSYS软件估算车轮的疲劳寿命.通过与车轮径向疲劳试验结果进行比较,结果表明高应力集中区域与实际裂纹位置吻合,预估的疲劳寿命与车轮实验寿命基本吻合,验证了有限元方法预估车轮寿命的有效性,为以后对车轮进行结构改进起指导作用.     

钢制薄壁车轮弯曲疲劳模拟精度探讨

介绍了如何用有限元法准确模拟钢制薄壁车轮弯曲疲劳试验的方法,着重讲述如何合理选择有限元网格类型、单元积分形式、单元尺寸大小,强调分析应采用材料“真应力-应变”曲线,给出旋转作用力、螺栓预紧力、加载时间步的设置方法和注意事项,以及判断有限元应力分析结果是否合理的方法。论文随后以车轮疲劳试验结果为参照,结合S-N曲线数学表达式,给出一种分析车轮疲劳寿命的简易方法,并基于这个简易方法去预测另一款大小相近、材料牌号相同的车轮寿命,发现寿命预测结果与试验结果较为接近,认为论文所介绍的应力和疲劳分析方法有较好的实用性。     

集成铸造数值模拟的车轮疲劳分析

弯曲疲劳寿命是汽车车轮重要的性能指标,目前其预测方法仍局限于传统的名义应力法或局部应力应变法,没有考虑微观组织和铸造缺陷对疲劳寿命的影响,预测铝合金车轮在低应力水平下的高周疲劳寿命时与实际情况存在相当差距。基于小裂纹扩展理论,建立低压铸造铝合金A356-T6车轮的以二次枝晶臂间距、针孔尺寸为参数的疲劳寿命预测模型。实现铸造模拟、有限元分析与疲劳分析的集成,初步建立起综合铸造过程、铸造缺陷以及相关下游制造工艺对车轮力学性能影响的平台。以某型车轮为例,采用该方法预测其弯曲疲劳寿命,试验验证预测结果比Simth-Waston-Topper方法更为准确。     

含不同尺寸菱形压痕EA4T钢车轴的疲劳性能

采用菱形压头挤压的方式在取自EA4T钢车轴的弯曲疲劳试样上预制压痕缺陷,研究了压痕深度对疲劳强度的影响;采用修正Murakami模型预测了疲劳强度,并引入疲劳指示参数构建了疲劳寿命预测模型;采用有限元法对压痕附近的应变进行了分析。结果表明:试样的疲劳强度随压痕深度的增加而降低,与无压痕试样相比,压痕深度为0.052 mm时,疲劳强度略微降低,压痕深度为0.112,0.504 mm时,疲劳强度显著降低;疲劳裂纹萌生于应力集中较大的预制压痕短对角线处,有限元模拟结果较准确;修正的Murakami模型能较准确地预测含压痕缺陷试样的疲劳强度,构建的疲劳寿命预测模型具有较高的精度,实测值与预测值之比均在2倍误差因子范围内。