36MnVS4裂解连杆性能分析及轻量化设计

为实现连杆轻量化以适应发动机低能耗低振动的要求,对36MnVS4连杆进行了结构改进设计。在原有C70S6连杆结构设计的基础上,改用高强钢36MnVS4,并分别对C70S6和36MnVS4连杆断裂接合面进行三维逆向重构,建立了裂解连杆有效分析模型。通过有限元模拟对连杆进行疲劳强度分析,得到:36MnVS4连杆较C70S6连杆的疲劳寿命和安全系数有明显提高,具有足够的安全储备进行轻量化改进。以连杆强度和刚度为约束条件,对36MnVS4连杆分部位进行结构改进设计,改进后连杆质量降低21%,实现了裂解连杆的轻量化。     

36MnVS4连杆裂解加工模拟及缺陷分析

针对具有更高疲劳强度的连杆新材料36MnVS4,开展了连杆裂解加工性能研究,并与C70S6材料进行对比,探究其裂解缺陷形成原因。依据新材料I型裂纹的脆性解理断裂特性,确定了连杆裂解K判据及最大主应力断裂失效准则,建立了预制切口条件下的连杆裂解有限元模型。通过分析裂解过程中的应力集中和变形分布情况,获得不同材料的切口起裂位置和时间、切口附近及断面的塑性变形,结合裂纹扩展速度和裂解载荷,研究了容易导致的缺陷类型并评估了断口质量。结果表明:在相同几何参数和载荷下,因36MnVS4连杆较C70S6起裂位置分散、裂纹扩展不稳定、缺口敏感性高、铁素体组织多,容易导致批量生产时裂解工序缺陷增加,但裂解后大头孔失圆和断面塑性变形小。     

基于LS-DYNA的混凝土三维随机凹凸型骨料数值建模

提出了三维随机凹凸型碎石骨料生成方法,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件进行数值骨料投放模拟,得到了混凝土三维随机凹凸型碎石骨料几何模型。采用"基本单元模型"在投放区域生成立方体网格单元,结合新的空间点与随机多面体空间相对位置判定方法,判定出各单元材料属性,最后生成混凝土三维随机凹凸型碎石骨料有限元模型。以上混凝土细观有限元模型生成方法较好地控制了骨料粒径、数量和级配,生成的数值模型中骨料体积率在55%左右,处于真实混凝土骨料体积率的范围中。生成的数值骨料与真实碎石骨料形状接近。提出的细观混凝土有限元模型为对混凝土力学性能进行细观数值研究奠定了基础。     

发动机连杆裂解加工初始裂纹槽几何参数研究

分析比较了裂纹槽的设计位置、几何形状以及预制方法;对含有预制裂纹槽的C70S6钢连杆的裂解加工过程进行了数值模拟分析和连杆断裂剖分实验,给出裂纹槽几何参数对裂解力水平的影响规律.结果表明,在其他参数不变的条件下,裂纹槽深度对裂解力的影响最为显著,随着槽深增大裂解力锐减;提高锐度及减小张角可降低裂解力,但曲率半径为0.1~0.3 mm或张角>30°时,裂解力增幅较小且趋于稳定.研究结果对合理设计裂纹槽、降低切槽成本、提高连杆裂解质量具有参考价值.     

机车用单元制动器悬挂连杆的断裂问题分析

保证准确有效的制动是列车安全运行的重要保障,踏面单元制动器中闸瓦过度磨损、不缓解及零件损坏等故障成为事故发生的巨大隐患.针对机车用单元制动器的悬挂连杆断裂问题,建立车轮-闸瓦-闸瓦托-悬挂连杆整体三维有限元模型和悬挂连杆三维有限元模型,分别对悬挂连杆进行受力分析和强度分析.通过计算结果和现场情况的对比分析,得出结论:悬挂连杆在制动作业时,同时承受轴向的拉压作用力以及车轮与闸瓦摩擦所产生的横向力;由于横向力的存在,使悬挂连杆在制动工况下的应力值有明显增大;悬挂连杆的圆角及中部位置属于应力集中区域且最大应力点位于圆角处,这是悬挂连杆断裂的主要原因.     

发动机连杆裂解加工及其关键技术

分析了断裂的剖分机理和发生条件,并对裂解连杆材料、预制初始裂纹槽、定向裂解、定扭矩装配螺栓等连杆裂解加工的关键技术与核心工艺进行了探讨。研究开发了具有"背压"裂解功能的定向裂解机床,并对轿车发动机连杆裂解加工过程进行了数值分析与试验探索。结果表明:合理设计裂纹槽位置与几何参数并保证加工精度,可有效降低裂解加工载荷。背压裂解加工方法有利于提高裂解加工质量,在瞬时加载条件下,合理调节背压力与裂解力比值,可获得性能优良的断裂面。     

基于ANSYS的机车制动器部件有限元分析

强度和刚度是评价金属结构安全性能的重要指标。文章以湘潭电力30T机车制动器为例,根据制动器零部件结构的特点,采用三维有限元软件ANSYS对其进行了模拟和计算,并根据在役制动器的强度刚度判别标准,运用计算结果对其强度和刚度进行校核并提出改进措施。     

混凝土强度对组合梁动力性能的影响

目的 研究混凝土强度对组合梁动力性能的影响,为实际工程中组合梁的混凝土强度选择提供理论基础.方法 基于ABAQUS有限元模拟软件对钢-混凝土组合梁进行模拟,将模拟结果与试验结果对比,验证有限元模拟方法的可行性.改变混凝土强度,研究其对组合梁在低周反复荷载作用下的滞回性能、刚度退化、耗能能力、钢梁与混凝土板间滑移等动力性能的影响.结果 受向下荷载时,随着混凝土强度的增大,组合梁的抗弯承载力、截面刚度、耗能能力、滑移都随着增大;受向上荷载时,混凝土强度改变对组合梁动力性能影响较小.结论 混凝土强度提高,组合梁具有较好的动力性能,当达到一定强度后,继续增大混凝土强度对组合梁动力性能的影响逐渐减弱.实际工程中应选取适合的混凝土强度,这样既满足强度要求又经济.     

Msc.Marc和Msc.Patran联合仿真内燃机连杆疲劳性能分析

利用UGNX建模软件建立某型号内燃机连杆组件的真实三维实体模型,通过ANSYS ICEM专用划分网格软件对其进行高质量的六面体网格划分。将网格文件导入专用有限元分析软件Msc.Marc和Msc.Patran的Fatigue模块对连杆组件进行强度和疲劳分析。结果表明:在拉、压工况条件下,连杆体、连杆盖以及连杆螺栓强度均能够满足使用要求;对连杆体和连杆盖而言,其疲劳安全因子较大,连杆螺栓的安全系数较小。尽管如此,连杆各部分的安全系数都大于1,理论上连杆疲劳寿命满足使用安全要求。     

我校一项“863”计划项目通过科技部验收

由我校辊锻工艺研究所寇淑清、杨慎华教授负责的“863”计划项目——“发动机连杆裂解加工技术与装备”日前通过科技部专家组验收。该课题应用连杆裂解加工技术，突破了传统连杆设计与制造理念的局限，采用无屑断裂方法完成连杆体和盖结合面剖分加工。呈犬牙交错自然形态的断裂结合面具有极高的配合精度和定位精度，可摈弃传统的止口、套筒、锯齿或键槽等定位方式，取消连杆接合面的锯（铣），拉、磨等加工工序，降低螺栓孔的设计和制造精度要求，简化和优化制造工艺流程。此外，剖分接合面凸凹不平，大大提高了接触面积，可使连杆承载能力、抗剪能力、杆及盖的定位精度、装配质量大幅度提高，对提高发动机整体生产技术水平具有重要作用。     

强度传输方程和神经网络融合的三维重构算法

针对原有强度传输方程法所恢复的相位精度不够精确的缺点,提出强度传输方程和神经网络融合的三维重构算法. 利用强度传输方程求解出物体不同角度的初始相位,利用神经网络算法进行优化,根据不同角度的最终恢复相位结合乘法技术重构出三维体信息. 该算法具有精度高的特点,可以为三维成像技术的应用提供参考. 对于实验中的示例图像,该算法将强度传输方程得到的相位误差从21.40%降低为5.26%,重构三维物体与模拟真实物体的相关程度为显著相关.     

含温湿效应的复合材料风机叶片的破坏

针对复合材料风机叶片在温湿环境下的早期失效问题,采用有限元数值模拟方法研究了考虑了风载荷和温湿载荷共同作用下叶片的逐步破坏行为和破坏机理。将风机叶片简化为悬臂梁模型,进行了三维建模,对蒙皮、腹板和主梁均采用板壳单元进行离散,分别讨论了在不同温度及湿度条件下,环境因素对复合材料风机叶片材料性能的影响,并分析了叶片刚度、强度的变化及破坏情况。同时引入基于应变分布的三维Hashin失效准则,利用有限元分析软件ABAQUS对风机叶片进行刚度和破坏分析,讨论了风载下复合材料风机叶片的逐步破坏行为以及温湿载荷对风机叶片强度和刚度的影响。分析结果表明,高温湿润的环境对复合材料风机叶片材料性能影响很大,导致叶片的强度和刚度均有不同程度的降低。     

功能梯度材料静态断裂的CGS方法实验研究

利用相干梯度敏感方法对功能梯度材料I型静态断裂特性进行实验研究,并利用有限元软件进行数值模拟.假设材料性能沿裂纹方向分别按两种不同的规律变化:1)弹性模量和密度指数规律变化;2)弹性模量线性变化,密度保持常数.保持泊松比不变,首先推导两种变化规律功能梯度材料I型静态裂纹的相干梯度敏感方法控制方程;然后根据实验结果,提取应力强度因子等断裂参数,分析不同梯度变化规律对材料断裂性能的影响;最后与有限元模拟计算结果相结合,对功能梯度材料I型静态裂尖的K主导区范围进行了分析.     

连杆裂解加工力参数数值分析

为了确定合适的连杆裂解工艺中裂解力参数,采用数值分析的方法建立了53d斜切口连杆裂解加工的数值模型。对裂纹尖端的节点采用了1/4节点技术用于模拟裂纹尖端应力场的奇异性,分析得到了裂解力与应力强度因子的关系曲线。根据连杆材料的临界应力强度因子KIc,确定了连杆裂解加工所需的裂解力。结果表明:裂纹1的裂解力为851 kN,裂纹2的裂解力818 kN。与实际生产中的裂解力860~880 kN相比,其误差小于10%。     

汽车车轮外倾连杆疲劳断裂失效分析

采用CAE仿真模拟方法,对汽车车轮外倾连杆强度和疲劳性能进行分析,并采用台架试验验证仿真结果.结果表明,CAE仿真外倾连杆强度和疲劳性能能够满足设计要求,但在台架试验时,外倾连杆快速断裂失效.经过分析,获得以下结论:外倾连杆焊接接头由焊缝区、热影响区和母材区组成,内侧焊缝熔合线处组织较外侧粗大;焊缝处夹角、焊渣以及异常粗大的的显微组织会引起焊缝区应力集中现象,在较大的循环应力下产生裂纹并扩展,是引起疲劳断裂的主要因素.     

连杆背压裂解加工方法

通过数值模拟与实验相结合的方法对准静态加载条件下的连杆裂解过程进行分析,确定了C70S6连杆裂解的临界J积分值,并对背压裂解过程进行数值模拟分析,对背压力对于连杆裂解J积分、韧带区场变量及裂解力的影响进行探索。模拟结果表明:背压力使沿连杆裂纹槽长度方向的裂尖J积分梯度增大,使应力更快、更有效地集中在裂纹槽中部,有利于裂纹槽起裂和裂纹快速扩展,可减少因裂纹分叉、交汇异常等引起的裂解加工缺陷,但是背压力增加的同时也增大了胀断主动力和裂解力,建议背压力设定为胀断主动力的1/4。     

编织角对三维编织复合材料弯曲性能的影响

以亚麻纤维为增强纤维、聚乳酸(PLA)树脂为基体制成不同编织角的三维编织复合材料,运用软件ABAQUS对模型弯曲性能进行数值模拟研究,分析模拟过程中纤维增强体和基体的应力分布;用万能试验机进行三点弯曲实验,研究材料的准静态三点弯曲行为。比较仿真和实验数据,结果显示:不同编织角的弯曲应力曲线趋势变化较接近,且在一定范围内,随着编织角度的逐渐增大,复合材料的弯曲强度及模量逐渐减小。将实验结果与有限元分析进行比较,验证了该有限元模型的正确性。     

多层钢框架顶底角钢连接节点的受力性能研究

通过拟静力试验以及有限元ALGOR程序,对顶底角钢连接节点进行了低周反复荷载作用下试验研究和有限元分析,研究了顶底角钢连接节点的破坏形式、受力性能。分析结果表明:该类节点的强度与刚度主要取决于角钢的强度与刚度,角钢厚度的不同直接影响节点的性能;该类节点具有较好的耗能性能,但强度较低。这些研究结果对顶底角钢连接节点的研究和应用提供了一定的理论基础。     

钢包回转台连杆的强度有限元分析

在冶金设备钢包回转台的使用过程中,左右对称的两个连杆会因工况较差而经常损坏。为了掌握连杆的损坏原因,采用Pr0／ENGlNEERWildfire软件建立了钢包回转台右连杆的三维模型,采用ANSYS软件对钢包回转台右连杆在承栽450t钢水罐时进行了强度有限元分析,得出了相应的位移图、应力图以及应变图,找到了相应的位移、应力以及应变的分布规律。钢包回转台右连杆的有限元数值模拟结果为钢包回转台的改进提供了重要的参考依据。     

功能梯度材料的数字散斑相关方法实验研究

利用数字散斑相关方法对功能梯度材料I型静态断裂特性进行实验研究,并利用有限元软件进行数值模拟.首先通过在环氧树脂中添加玻璃微珠,利用重力沉降法制备功能梯度材料试件.为对比材料梯度对静态断裂行为的影响,准备了三种梯度变化规律的试件.然后对功能梯度材料试件进行3点弯曲实验,通过CCD采集试件散斑场,利用数字散斑相关方法计算应力强度因子.通过与有限元模拟结果进行对比,验证了实验结果的正确性.最后分析不同梯度变化规律对材料断裂性能的影响,证明材料弹性梯度对位于弹性模量较小边的静态裂纹具有保护作用.