基于虚拟样机的工程机械工作装置虚拟疲劳试验研究

将Solidge中工程机械工作装置装配体模型导入ADAMS,得到其虚拟样机模型.在ADAMS下对该工作装置虚拟样机进行铲装、卸载等工况仿真,获得其各主要零件的载荷历程.将该历程应用于工作装置零部件的有限元疲劳分析,快速预测其疲劳寿命.通过对某装载机动臂进行虚拟疲劳试验,并时试验结果进行分析,为工程机械工作装置的可靠性设计提供快速而有效的指导.     

基于顺序法的起重机疲劳寿命预测方法研究及应用

针对起重机一般作业于随机循环载荷下,承受循环交变应力的实际情况,提出了基于顺序法的起重机寿命预测方法,建立了起重机顺序循环应力损伤模型。根据起重机实测应力历程数据,利用雨流计数法统计出应力循环次数,获得不同应力幅对应的循环次数并编制循环载荷谱,再根据编制的载荷谱利用顺序循环应力损伤模型对该起重机进行寿命估算。将估算结果与根据Miner模型、Carten-Dolan模型的估算结果进行对比分析。对比分析表明:所提出的顺序循环应力损伤模型对起重机疲劳寿命预测是可行的,为起重机疲劳寿命预测研究提供了一种新的思路。     

液压挖掘机臂杆结构疲劳寿命预测方法研究

液压挖掘机臂杆结构承受复杂的冲击载荷,其疲劳寿命存在许多不确定性因素。首先采用Miner准则,依据实验载荷谱和有限元方法对液压挖掘机工作装置寿命进行了预测。其次研究了结构疲劳寿命变化过程和灰色理论预测模型内在规律的一致性,建立了液压挖掘机工作装置疲劳寿命的灰色预测GM模型,并分别运用GM模型的两种形式--GM(1,1)线性模型及GM(1,1)幂模型对液压挖掘机工作装置进行疲劳寿命预测。分析比较Miner准则、GM(1,1)线性模型及GM(1,1)幂模型三种预测方法。结果表明,三种预测方法结果基本一致,灰色系统模型同Miner准则模型相比误差明显减小且非线性幂模型具有更高的预测精度。基于灰色理论的GM(1,1)幂模型考虑了非线性因素,更适合于液压挖掘机工作装置结构疲劳寿命预测。     

基于泊松随机过程的风力发电机叶片疲劳寿命估算

疲劳寿命决定了正常工况下工程结构服役期限的长度,对其进行准确预测对于零部件疲劳强度设计至关重要。由于机械零部件在工作期间经常会受到随机变幅载荷的作用,载荷间相互作用效应现象十分显著,导致单次循环载荷对材料所造成的疲劳损伤量发生变化,若忽略该效应会影响疲劳寿命估算的准确性。针对当前研究中的疲劳损伤累积法则无法考虑该效应的问题,提出一种将非齐次泊松随机过程函数与伴随损伤理论相结合来估算零部件疲劳寿命的方法,解决了由于载荷间相互作用效应所带来的载荷作用顺序的问题,并以随机加载试验为例验证了该方法的准确性。将其应用于风力发电机叶片的疲劳寿命估算过程中,结果表明该方法可靠、有效,为风力机叶片的疲劳可靠性设计提供了新的路径。     

采用等效载荷预测轴重对货车交叉支撑装置疲劳寿命的影响

国内目前正在设计、研制30 t轴重铁路货车,原用于21 t、25 t轴重转向架的交叉支撑装置拟用于该型车辆.运用环境(轴重)改变后,在多大程度上改变了转向架交叉支撑装置的疲劳寿命,对于车辆尚处于设计阶段而不能通过实测车辆线路动应力来评估车辆结构强度的交叉支撑装置来说,需要寻求一种新的研究方法来实现疲劳寿命预测目的.由此,在建立三种轴重货车系统动力学模型基础上,详细研究三种轴重货车交叉支撑装置的径向力峰值和均值特性,获得交叉支撑装置受力方向与状态,揭示出轴重、运行速度、线路曲线半径以及线路等级等因素对交叉支撑装置载荷的影响特点.为预测30 t轴重货车交叉支撑装置的疲劳寿命问题,依据交叉支撑装置径向力与轴向应力之间线性对应关系,提出等效载荷计算方法以及等效载荷与疲劳寿命之间对应关系.等效载荷计算方法考虑了各载荷水平和出现频次对等效载荷的贡献.在分别计算21 t、25 t和30 t轴重货车交叉支撑装置等效载荷前提下,预测了30 t轴重货车交叉支撑装置疲劳寿命所占21 t、25 t轴重货车交叉支撑装置疲劳寿命的比率.研究结果表明,30 t轴重货车交叉支撑装置的疲劳寿命约分别为21 t、25 t轴重的76%、92%左右.采用等效载荷预测轴重对货车交叉支撑装置疲劳寿命影响的研究方法对解决类似工程问题提供了新的方式,具有良好的工程实用价值,是将车辆动力学研究和结构强度研究有机结合的新研究思路.     

基于实测载荷的传动轴疲劳寿命分析

针对某款干混砂浆运输车传动轴的断裂问题,搭建一套现场实测传动轴动态扭矩、跳动量、转速等参数的测试装置,为该类新车型服役期传动系统的故障诊断与维修提供理论分析依据,该套装置还可应用在泵车,搅拌车的传动系统故障诊断。由于传动轴破坏的位置结构复杂,无法直接测量破坏位置处应力,将实测扭矩载荷通过雨流计数法统计后作为边界条件对传动轴进行有限元分析,推导出结构的S-N曲线,结合Miner法则对结构进行疲劳寿命估算。该套方法能够为工程机械传动轴寿命预测提供方案。     

液压挖掘机动臂有限元分析与寿命预测

液压挖掘机动臂是完成液压挖掘机各项功能的主要构件,直接承受各种动态工作载荷,其失效形式通常是疲劳失效,对动臂有限元分析与疲劳寿命预测具有实际意义。以某型20t级液压挖掘机为研究对象,基于Solidworks、Abaqus和FE-SAFE软件,对其动臂进行了建模、应力应变分析、疲劳强度分析研究。分析过程中,利用应力应变测量技术测得工作装置各测点的应变时间历程,经过分析处理,得到工作装置中动臂的边界条件,估算预测出了动臂各处的疲劳寿命。研究成果对其它工程机械的寿命预测有一定的参考意义。     

应用修正的P-S-N曲线计算齿轮疲劳寿命

疲劳破坏是机械结构的主要破坏形式之一,准确预测机械结构工作疲劳寿命至关重要.一般的线性损伤累积理论忽略了高频率低疲劳应力所引起的构件疲劳损伤,致使预测结果与实际寿命相差很大.为准确确定双圆弧齿轮的疲劳寿命,提出以修正的材料P-S-N曲线为基础,采用传统的名义应力法和Miner法则估算双圆弧齿轮的疲劳寿命,计算结果表明该方法可行,为预估螺杆泵的井下工作寿命提供了参考依据.     

结构随机振动疲劳寿命估算的样本法

提出了一种结构随机振动疲劳寿命估算的样本法,通过该样本法能够处理在频域内用谱密度描述的宽带随机振动载荷的情况。利用该样本法,首先将频域内的随机振动载荷信号通过抽样使其转换为时域信号;然后用有限元法计算结构危险点的应力谱,再采用变程法过滤掉小载荷而获得危险点的应力谱;最后用传统的疲劳寿命估算方法进行寿命估算,获得危险点疲劳寿命的均值和方差。算例结果表明,采用样本法获得的预测结果与试验值吻合得很好。     

实测载荷驱动下挖掘机动臂的疲劳寿命研究

针对挖掘机工作装置疲劳分析中由于复杂载荷难以模拟而导致结果误差大的问题,提出一种完全由真实载荷驱动的工作装置疲劳寿命研究方法,为工作装置结构设计提供了依据.以20t挖掘机为研究对象,采用D-H(Denavi-Hartenberg)法建立挖掘机工作装置动力学模型,并根据传感器记录的挖掘过程中各液压缸压力和位移的变化曲线结合力平衡方程得到动臂各铰点的真实工作载荷,再应用疲劳分析软件对动臂进行疲劳分析,获得寿命云图.研究结果为挖掘机工作装置的结构设计提供了参考依据.     

应用多体有限元混合法对复杂结构疲劳寿命仿真

利用多体-有限元混合法对复杂结构进行有效的疲劳寿命预测.该法用于处理随机动载荷作用下转向架构架的疲劳设计.作用在大型结构上的时变边界条件和动载荷历程可以通过应用多体系统分析软件SIMPACK的多体仿真技术获得.在ANSYS中利用有限元准静态应力/应变分析技术产生结构应力发生的危险区域.模态分析技术用来获得结构固有频率和模态振型.基于危险应力分布、动载荷时间历程以及Palmigren-Miner损伤理论,最后利用FE-FATIGUE软件的安全强度因子分析法进行标准时域的结构疲劳寿命预测,其中包括应力应变的循环计数、损伤预测和最终寿命估计.     

随机载荷下焊接结构疲劳寿命的一种有效计算方法

随机载荷下的疲劳寿命估算方法通常涉及两个方面,循环计数和损伤累积。本文研究了一种用于随机载荷下焊接构件疲劳寿命预测的有效计算方法。按照这种方法,只要求已知应力历程的功率谱密度和常规疲劳试验数据,就可以对承受随机载荷的焊接构件作出疲劳寿命计算。利用结构系统的复频响应函数,可以由已知的输入功率谱求出结构响应的谱密度。这就使得结构设计者即使在设计阶段不知道结构承受的应力历程,而只知道结构系统的输入,也同样可以对所设计的结构作出疲劳寿命预测。本文所述方法被用于某超重型矿用汽车车架的疲劳寿命计算,计算结果与实际情况基本吻合。     

装载机工作装置载荷数据模型与载荷谱编制

为了研究装载机工作装置载荷数据模型和载荷谱特性,以动臂板上截面弯矩为中间变量,确定工作装置当量外载荷。以LW900K装载机实测铰点载荷为依据,建立了核密度估计和参数分布估计两种当量外载荷数据模型,编制了疲劳试验载荷谱并进行了损伤验证。核密度估计模型和参数分布模型都能够获取工作装置载荷谱,参数分布模型载荷谱损伤结果明显偏小,核密度估计模型载荷谱损伤结果计算得到的焊接位置处疲劳寿命更接近疲劳设计寿命3×10~4h。结果表明:核密度估计模型获得的载荷谱损伤结果更接近实际,其以雨流矩阵为基础,能够弥补参数分布模型中分布拟合对低频数大载荷影响弱化的不足,更能反映被估计总体数据的真实特征。建立的载荷数据模型和编制的载荷谱结果为装载机工作装置疲劳寿命预测提供依据。     

一种新的谱载荷寿命评估模型

基于零件的低载强化与损伤规律,提出了一种谱载荷下的寿命评估模型。汽车使用中遇到的随机载荷,80%是疲劳极限以下的小载荷,而传统的疲劳累积损伤理论在估算零件寿命时,很少或几乎不考虑使用过程中小载荷对结构造成的强度强化,只考虑大载荷对结构造成的损伤,使得估算结果与实际寿命存在很大差别。零件在小载荷作用下,随作用次数的增加,零件强度先增大后减小。该模型以此规律为基础,充分考虑了小载荷对的零件强度的影响,更加准确的反映了零件疲劳过程的客观现实。通过两种零件的寿命评估实例发现,该模型不仅计算简单,而且有更高的预测精度,为合理地进行汽车轻量化设计提供了理论和技术依据。     

一种基于临界平面的多轴载荷循环计数方法

使用临界平面法计算多轴随机载荷作用下的结构寿命时,对平行于临界平面且相互垂直的剪应变历程应当选择合适的循环计数方法。针对该问题,对基于Wang-Brown方法的MWB方法进行了讨论和优化,并提出了一种基于临界面的多轴载荷循环计数方法,以材料变形的记忆性为物理基础划分计数区间,剪应变为主计数参量,正应变为辅助计数参量,逐步将计数区间分解为子计数区间和独立计数区间直至提取出所有载荷循环。对新方法、Wang-Brown方法和MWB方法的计数结果进行对比后认为新方法能够准确的提取多轴载荷历程中的损伤事件,然后将新方法应用于推耙机工作装置疲劳寿命预测中,获得的预测寿命与实际寿命相符。     

航天器微振动隔振平台的虚拟疲劳分析

航天器微振动六自由度隔振平台能够有效隔离控制力矩陀螺群输出的多维微振动,是高分辨率卫星的重要部件。对六自由度隔振平台的关键部件进行了虚拟疲劳分析,估算出关键部件的疲劳寿命,确保其工作寿命达到设计要求。基于模态综合法将隔振平台的关键部件进行柔性化处理,利用ADAMS和MSC．FATIGUE等软件对隔振平台模型进行刚柔耦合分析,得到各关键部件的载荷历程,进而估算出疲劳寿命。     

液压挖掘机关键部件疲劳寿命分析

论文在对某型号液压挖掘机进行典型工况作业试验获取挖掘机工作装置实际作业载荷历程的基础上,利用有限元ANSYS Workbench与疲劳分析软件nCode DesignLife相结合的方法得出挖掘机斗杆的疲劳分析结果。首先利用SolidWorks建模导入Workbench中施加载荷步进行斗杆静力学分析,然后根据斗杆材料的特性得到S-N曲线,并利用合理方法对S-N曲线进行修正,最后结合试验所得斗杆铰点载荷时间历程,选用S-N疲劳分析引擎分析得出斗杆寿命云图。确定疲劳失效易发生的部位,为挖掘机工作装置的疲劳设计提供依据。     

挖装机大臂座动力学分析和疲劳寿命预测

针对挖装机工作装置使用寿命难以预测的问题,采用多体动力学仿真的方法,在ADAMS中建立了挖装机工作装置虚拟样机,进行动力学仿真,得到了挖装机零部件在工作过程中的受力变化曲线。利用零部件受力曲线合成载荷谱,并以此载荷谱对挖装机大臂座进行疲劳寿命预测。结果显示,大臂座疲劳寿命满足使用要求,仿真结果可以为挖装机工作装置的设计提供依据和参考。     

基于虚拟样机技术的微型客车白车身疲劳寿命分析

为缩短新车开发周期、节约样车制造费用,在计算机仿真环境下对某微型客车白车身进行了疲劳寿命预估。根据国家汽车可靠性行驶试验方法及相关法规,基于整车虚拟样机技术模拟了该车型在D级路面条件下的随机动载荷历程,通过对计算模型施加单位载荷得到白车身的结构应力场,并在此基础上结合材料曲线和疲劳损伤理论,找出较为薄弱的部件。所研究的内容为车辆的疲劳寿命预测提供了较为可靠的流程和方法,并进一步为车辆性能优化提供参考依据。     

单机结构疲劳分散系数研究

目前国内各机型在确定寿命时,所选取的分散系数主要考虑两部分,一是单机在结构材料与制造质量上的差异;二是单机在飞行载荷历程上的差异.由于单机寿命监控管理方法的引入,使得飞机的载荷历程是确定的.因此按单机寿命监控方法管理的飞机,在选取分散系数时,只需考虑在结构材料和制造质量上的分散.文中通过对单机结构疲劳分散系数的选取方法进行系统论述,并结合实测飞参数据对某系列飞机单机疲劳载荷分散性进行研究,为该系列飞机合理选取分散系数提供依据.