等效结构应力法在高强钢疲劳寿命预测中的应用

利用成组法对某工程机械常用高强钢材料制作成的对接接头的疲劳寿命开展试验研究。采用美国机械工程师协会(ASME)标准中"网格不敏感的结构应力法及主S-N曲线法"对上述接头的疲劳寿命进行预测。研究表明:基于等效结构应力法的高强钢对接接头疲劳寿命预测结果与试验结果存在一定的偏差。依据董平莎提出的主S-N曲线修正表达式,并结合高强钢对接接头试验结果,引入等效结构应力范围(Δss)修正系数,得到适用于900 MPa级高强钢疲劳寿命预测的修正主S-N曲线。     

考虑损伤累积的铝合金轮毂疲劳寿命预测及试验研究

针对铝合金轮毂的疲劳寿命预测问题,提出考虑损伤累积的轮毂疲劳寿命预测模型并进行试验研究。建立了轮毂在弯曲疲劳试验、径向疲劳试验的有限元模型,通过仿真分析研究了轮毂的主要失效模式;采用名义应力法分别建立了轮毂材料S-N曲线、零件S-N曲线,并利用莫罗直线对轮毂承受的非对称循环载荷进行平均应力修正;考虑轮毂的旋转过程,采用线性累积损伤理论构建了轮毂疲劳寿命预测理论模型。以某型号铝合金轮毂为例,采用理论模型计算得到轮毂的寿命为44.82万转,与弯曲疲劳试验给出的疲劳寿命47.33万转相比,误差约为5.6%,验证了疲劳寿命预测理论模型的有效性。     

基于42CrMo齿轮的弯曲疲劳试验研究

42CrMo属于超高强度钢,其具备较高的强度,材料淬透性能好,淬火后的变形量小,大量地应用于牵引用的大齿轮、承压主轴、连杆等传动件材料,弯曲疲劳试验对齿轮疲劳寿命预测具有重要意义。首先,通过齿轮弯曲疲劳试验,获得了应力比R=0.1时交变载荷作用下的齿轮弯曲疲劳试验数据,得到了齿轮弯曲疲劳强度P-S-N曲线和拟合曲线关系式,以及不同可靠度下齿轮所能承受弯曲的疲劳极限值。随后,采用有限元方法对齿轮弯曲疲劳试验进行了数值模拟,得到了齿轮齿根处的静力学强度和理论计算值对比,分析表明数值模拟所得结果与理论分析结果基本一致,可以作为弯曲疲劳试验疲劳寿命仿真的基础。最后,通过弯曲疲劳寿命试验试验值与数值模拟结果对比,结果表明,疲劳寿命试验值与可靠度在84.1%时数值模拟得到的弯曲疲劳寿命基本一致,验证了数值模拟的准确性,因此能够有效预测42CrMo齿轮的弯曲疲劳寿命。     

基于几何相似性的复杂结构疲劳寿命预测

针对复杂结构疲劳寿命预测中S-N特性多样性导致疲劳寿命预测偏差较大的问题,提出了基于几何相似性的复杂结构疲劳寿命预测方法.该方法将复杂结构中的常用缺口结构分为标准结构和衍生结构,从缺口结构疲劳强度影响因素出发提出基于疲劳特性的结构几何相似性判断准则及相似度计算方法,结合匹配标准结构疲劳特性与相似度修正衍生结构S-N关系曲线.该方法在永磁同步无齿轮曳引机机座疲劳寿命预测中得到了应用验证,预测结果与实际失效吻合度较高.     

不同损伤参量对橡胶隔振器疲劳寿命预测结果影响的研究

基于橡胶哑铃形试件的疲劳试验结果,分别以最大主工程应变、最大主对数应变、最大主Green-Lagrange应变、八面体切应变、应变能密度、Luo等效应力、Saintier等效应力为损伤参量建立七种橡胶疲劳寿命预测模型。应用此七种模型预测某汽车动力总成橡胶悬置的疲劳寿命,对比不同寿命模型的预测效果。研究结果表明,以最大主工程应变、最大主对数应变、最大主Green-Lagrange应变、八面体切应变、应变能密度为损伤参量建立的寿命模型预测的疲劳寿命均在实测寿命的4倍分散线之内;以Luo应力、Saintiter应力为损伤参量建立的寿命预测模型的预测寿命落在实测寿命的2倍分散线之内。因此,以Luo应力、Saintiter应力为损伤参量建立的寿命预测模型预测效果更好,Luo应力、Saintier应力更适合作为疲劳损伤参量来预测橡胶隔振器的疲劳寿命。     

汽车车轮疲劳寿命预测方法的研究

根据疲劳寿命预测理论 ,建立 14× 5 .5J车轮受力危险点的疲劳寿命曲线。以车轮弯曲疲劳试验和有限元分析数据为基本参数 ,采用名义应力法和局部应力—应变法中的莫罗修正公式和史密斯修正公式 ,对 14× 5 .5J车轮分别在等幅载荷和载荷谱作用下进行疲劳寿命预测。运用可靠性理论 ,分别对等幅载荷和载荷谱作用下计算出来的疲劳寿命进行可靠度分析。结果表明 ,名义应力法和史密斯修正公式预测汽车车轮疲劳寿命具有较高的可靠性     

电镀铜薄膜疲劳性能与寿命预测

利用MMT-11N微机械疲劳试验系统对11.5 μm厚无基体支持的电镀铜薄膜试件的拉伸疲劳特性进行了试验研究。试件采用准LIGA工艺制作。试验在室温条件下进行,采用载荷控制、脉动循环加载,载荷频率为20 Hz,得到了铜薄膜光滑试件和缺口试件的S-N曲线,根据传统宏观疲劳理论确定了铜薄膜循环应力—应变曲线和应变—寿命曲线。利用修正局部应力—应变法对缺口试件的疲劳寿命进行了预测,预测寿命与试验寿命误差在3.2倍因子之内,预测结果较好地符合试验结果。试验表明,取半寿命周期的迟滞回线作为稳定迟滞回线在微机械疲劳中仍是可信的,局部应力—应变法亦可应用于微机电系统疲劳寿命预测,宏观疲劳理论在一定程度上也适合于描述微机械疲劳。     

焊接残余应力对桥壳疲劳寿命的影响研究

桥壳作为驱动桥的核心零部件,其疲劳寿命对驱动桥乃至整车安全性有决定性的影响,对于制造过程中使用焊接工艺的桥壳,焊接残余应力的影响不容忽略。以某商用车驱动桥桥壳为研究对象,在获得其焊接残余应力分布的基础上,分析焊接残余应力对桥壳在静态载荷和动态循环载荷工况下应力应变响应的影响。使用应变-寿命分析方法对桥壳在弯曲疲劳试验工况下的寿命进行预测,并与台架试验结果进行对比,结果表明考虑焊接残余应力时,疲劳寿命次数和破坏位置的预测结果与试验结果吻合较好,验证桥壳疲劳寿命预测模型的准确性。与不考虑焊接残余应力的模型相比,焊接残余应力导致桥壳疲劳寿命次数降低,且失效位置不同,说明了疲劳寿命预测时考虑焊接残余应力的必要性。本文方法可推广应用于含有焊接残余应力的结构疲劳寿命预测,为结构优化设计提供指导。     

SUS304不锈钢点焊接头疲劳寿命研究

为了准确预测工程机械上SUS304不锈钢点焊接头的疲劳寿命，提出了一种用于焊点寿命预测的S-N曲线。根据常见的几种点焊接头的结构形式，制备了不同板厚组合的拉剪疲劳试件，通过疲劳试验获取了试件的疲劳寿命数据。利用CT扫描实验获取了准确的焊核直径，建立了试件的有限元模型，并通过光学应变测量试验验证了该模型的准确性。然后，基于Rupp等效结构应力法和疲劳试验数据建立了综合不同板厚组合和载荷比的结构应力-寿命曲线(S-N曲线),并使用Goodman修正法消除了载荷比的影响。最后，建立了振动输送机有限元模型，并进行瞬态动力学分析获取了振槽焊点的结构应力，基于建立的S-N曲线预测了焊点寿命。结果显示，振槽各焊点接头无疲劳问题，存在焊点冗余情况，可以做轻量化设计。     

预腐蚀疲劳寿命影响系数及S-N曲线研究

针对飞机结构日历寿命评定问题,对预腐蚀疲劳寿命影响系数C和疲劳S-N曲线进行研究.统计分析推导出影响系数C的一般形式,由疲劳试验数据分析结果建立预腐蚀疲劳S-N曲线方程.结果表明, 影响系数C不但与预腐蚀时间T有关,而且与应力水平S有关;在一定的预腐蚀和疲劳条件下,可以建立预腐蚀疲劳S-N曲线与一般环境下疲劳S-N曲线之间的当量关系,为腐蚀环境下飞机结构疲劳寿命分析和评定提供理论依据.     

硬齿面齿轮结构可靠性虚拟疲劳设计

介绍了机械零部件结构可靠性虚拟疲劳设计的软件及疲劳寿命预测方法。根据断裂力学理论和虚拟疲劳预测方法,利用系统动力学软件ADAMS模拟42CrMo硬齿面齿轮加工过程,分析了对应的疲劳载荷谱,得到了齿轮应力寿命S-N曲线。     

考虑残余应力的螺旋锥齿轮接触疲劳裂纹萌生-扩展寿命计算方法研究

考虑渗碳、磨齿、喷丸等工艺产生的齿面残余应力,建立齿面接触应力与残余应力的复合应力场,提出一种螺旋锥齿轮接触疲劳裂纹萌生-扩展寿命计算方法。构建齿轮有限元接触分析模型,计算多轴交变接触应力场。考虑空间螺旋曲面残余应力分布的复杂性,将变曲率齿面离散为网状节点;测量各节点表面与次表面的残余应力,建立齿面残余应力场。基于Dang Van多轴疲劳准则,构建齿面裂纹萌生模型;计及残余应力与裂纹闭合效应,构建齿面裂纹扩展模型。计算复合应力场下齿轮接触疲劳寿命,研究残余应力对齿面裂纹萌生-扩展寿命的影响规律。结果发现：复杂齿面空间变曲率会影响喷丸等工艺产生的残余应力分布,中心区域的残余压应力高出齿面边缘区域约20%;复合应力场下齿面裂纹萌生位置与寿命主要取决于接触应力,残余应力会改变齿面节点平均应力进而影响疲劳寿命;齿面裂纹扩展寿命约占全寿命的10%,表征齿轮接触疲劳快速失效至迅速断裂。上述研究对于高性能齿轮传动的长寿命、高可靠性设计具有一定的参考价值。     

18CrNiMo7-6和20CrMnTi材料齿根弯曲疲劳寿命对比

对比了齿轮钢材料18CrNiMo7-6与20CrMnTi的齿根弯曲疲劳寿命。基于这两种材料的疲劳特性,采用SolidWorks中的GearTrax插件建立齿轮模型,并通过Workbench对齿轮的轮齿进行静力学分析;将静力学分析结果导入疲劳分析软件FE-SAFE中,结合载荷谱信息对两种材料齿轮进行疲劳寿命计算,得到齿轮的寿命云图并进行了仿真分析比较;通过试验验证了该仿真方法的可行性。结果表明,在相同的载荷条件下,18CrNiMo7-6齿轮的疲劳寿命大于20CrMnTi齿轮的疲劳寿命,与试验结果较为接近。该分析结果对工程实践具有一定的指导作用。     

基于Workbench差速器齿轮的疲劳分析

使用CATIA软件对差速器齿轮进行实体建模,通过Workbench软件的高效率模型导入功能实现了CATIA和Workbench的联合仿真,对差速器齿轮进行动力学分析以及疲劳分析。基于汽车在行驶过程中差速器的2个典型的工况下,建立齿轮接触有限元模型,分别计算齿轮啮合时的应力大小,以接触应力最大值作为计算差速器齿轮的疲劳分析输入值。结果表明,差速器齿轮的疲劳危险位置产生在齿轮齿面接触区域和齿轮齿根处,并且验证了此结果满足齿轮的寿命设计要求。所利用的Workbench快速获取零部件的相关疲劳寿命的方法,可以有效地降低产品的研发周期与成本,具有一定的工程意义。     

变位系数对超高转速齿轮副的疲劳寿命优化

为了研究变位系数对超高转速、冲击载荷下齿轮系统传动系统的疲劳寿命的影响,文中采用三维建模软件NX10.0对现有绿篱机的高速齿轮副进行了建模,通过有限元分析软件ANSYS对其进行了变形量与最大主应力分析,以及完成了综合使用寿命的计算,根据木桶原理,得出现有变位系数选取不合理。文中分别对主、从动齿轮在对应的变位系数取值区间范围内进行多组取值分析计算,在等强度设计原则下,对此处齿轮副变为系数进行了优化。优化后的主、从动齿的最大变形量分别减小了1.16%,16.01%,以及该对齿轮副的使用疲劳寿命提升了9.01倍。这对该款绿篱机的后续优化提供了指导意义。     

HXD1C型大功率机车传动系统齿轮的疲劳可靠性分析

基于标准和可靠性曲线,分析了HXD1C大功率机车传动系统齿轮的接触和齿根弯曲疲劳可靠性。结果表明,按照齿轮标准计算方法,齿轮的啮合接触疲劳强度和齿根抗弯强度合格。基于接触和齿根弯曲疲劳可靠性曲线的分析结果表明,在置信度95％及可靠度0．99下,齿轮的抗弯疲劳强度较弱,寿命321．32万公里;在置信度95％及期望寿命80万公里下,传动齿轮的抗弯疲劳强度仍然较弱,可靠度水平为0．9971。     

齿轮弯曲强度与沉切量关系研究

滚—磨工艺加工的齿轮,由于磨前滚刀有凸台,齿轮根部就有沉切。沉切量与磨前滚刀结构参数和变位系数及留磨量等参数有关。在磨前滚刀参数一定的条件下,对不同沉切量的齿轮分别用有限元方法计算了齿根拉应力和压应力,结果表明：沉切量与弯曲强度之间存在最佳的对应关系。     

基于MW级风力机齿轮啮合的有限元分析

随着风力机制造量级越来越大,传动扭矩增大,齿轮的设计越来越重要,否则齿轮很快出现疲劳点蚀导致损坏。运用有限元方法对MW级风力机齿轮进行参数化APDL精确建模,建立一对啮合齿轮模型,然后进行网格划分,生成有限元模型,计算齿轮啮合时的接触应力和弯曲应力。并和GB/T3480-1997接触应力理论公式比较,验证了有限元方法的正确性,同时得出齿轮接触应力分布和最大应力产生的部位及弯曲应力比接触应力小的多。从而为风力机齿轮的设计提供不同材质、不同型线的快速研究提供可能,同时为齿轮的设计提供依据。     

Gear crack propagation investigations

Analytical and experimental studies were performed to investigate the effect of gear rim thickness on crack propagation life. The FRANC (FRacture Analysis Code) computer program was used to simulate crack propagation. The FRANC program used principles of linear elastic fracture mechanics, finite element modelling, and a unique re-meshing scheme to determine crack tip stress distributions, estimate stress intensity factors, and model crack propagation. Various fatigue crack growth models were used to estimate crack propagation life, based on the calculated stress intensity factors. Experimental tests were performed in a gear fatigue rig to validate predicted crack propagation results. Test gears were installed with special crack propagation gauges in the tooth fillet region to measure bending fatigue crack growth. Good correlation between predicted and measured crack growth was achieved when the fatigue crack closure concept was introduced into the analysis. As the gear rim thickness decreased, the compressive cyclic stress in the gear tooth fillet region increased. This retarded crack growth and increased the number of crack propagation cycles to failure.     

齿根有油孔时斜齿轮齿根应力仿真分析及实验

利用有限元与实验研究了一种变速器五挡齿轮的小轮根部带有油孔的齿根弯曲应力的问题.利用三维Pro/E和Pro/Mechanica软件,对该变速箱中的五挡齿轮对建立了多齿对同时空间接触的物理力学模型,并进行了每隔2°来分析各个接触瞬间的齿根弯曲应力以及油孔周围应力的分布情况.在一个完整的啮合过程中,得出有油孔齿轮的齿根部第一主应力最大值比无油孔齿轮的齿根部第一主应力最大值增大了13.68％的结论.从齿轮的弯曲疲劳破坏形式与特点来看,仿真结果与实验结果一致.