大型金属构件疲劳寿命估算软件设计

运用Matlab图形用户界面（Graphical User Interface，GUI）和程序设计技术编制大型金属构件疲劳寿命估算软件．软件采用模块化设计思想和面向对象的设计工具，可方便、准确地估算大型构件的疲劳寿命；用户界面友好，数据表达具有可视化特点．该软件在对某公司一大型集装箱桥吊金属结构疲劳寿命估算的工程应用中取得较好效果．     

集装箱门式起重机金属结构及焊缝的疲劳分析

建立轨道式集装箱龙门起重机金属结构的有限元模型,基于港口实际工况计算的应力结果,利用专业疲劳分析软件MSC Fatigue对该场桥的金属结构及焊缝进行全寿命疲劳分析,得到整体的疲劳寿命分布和危险点的寿命值,为产品的疲劳耐久性设计提供重要参考.     

三桥刚性矿车车架的疲劳寿命分析及优化

车架作为矿车的主要承载部件,承担来自货厢与货物的载荷,同时将该载荷通过悬挂系统传递到车桥和地面,不平的地面又通过轮胎和悬挂系统将载荷反馈到车架上,导致车架受力情况非常复杂,车架的破坏形式不仅有静强度破坏,还存在疲劳破坏。通过有限元软件ABAQUS完成各典型工况的载荷加载与静强度分析,在疲劳寿命分析软件FE-SAFE中将仿真结果与载荷谱进行拟合,利用Verity方法完成焊缝疲劳寿命分析,对寿命不足的部位进行优化,最终实现车架60000h的理想寿命目标,对大吨位三桥刚性矿车的研发有重要参考意义。     

基于nCode Design-Life的某车架疲劳可靠性分析

针对某型半挂牵引车车架局部出现裂纹或者断裂现象,通过有限元理论和疲劳分析理论相结合进行了车架的有限元分析和疲劳可靠性分析。首先对该车架进行了建模和有限元静态特性分析,然后定义了特定的时间载荷序列数据和材料参数,选用了S-N疲劳设计和静态疲劳分析方法,利用疲劳分析软件nCode Design-Life对该车架进行疲劳可靠性分析,得出该车架的疲劳结果云图和各节点的疲劳寿命,并从相关云图中确定出车架容易破坏的位置和其寿命之后再进行样车实验验证。     

基于主S-N曲线法的焊接结构疲劳寿命预测系统开发和关键技术

根据ASME标准的计算公式,开发基于主S-N曲线法的焊接结构疲劳寿命预测软件,其核心是采用网格不敏感结构应力及一条主S-N曲线的方法计算焊接结构的疲劳寿命.系统开发选用面向对象的VC++语言和OpenGL开发库;采用模块化程序设计的思想将系统划分为有限元定义模块、焊缝定义及结构应力计算模块、载荷谱管理及雨流计数模块、主S-N数据管理及疲劳计算模块等4个核心模块;开发专用的接口程序和三维交互界面.该软件系统已在我国轨道交通制造行业中得到良好应用.以某货车车体关键焊缝疲劳寿命计算为典型实例,用软件系统进行车体疲劳寿命评估,计算结果表明该货车焊缝满足设计要求,同时也证明该软件系统的实用性和高效性.     

高炉炉壳结构力学分析软件开发

为探索基于ANSYS平台开发各类工程结构分析软件的通用方法,以高炉炉壳结构力学分析软件包为例,用VC＋＋编写程序并实现对ANSYS的封装．该方法可修改ANSYS的APDL数据文件中的输入参数,自动运行ANSYS的APDL批处理程序,利用ANSYS的OUT结果文件进行后处理,也可借助其他后处理软件进行后处理操作．该方法可使用户在不必熟练掌握ANSYS模块的情况下,利用ANSYS进行工程有限元问题的分析计算．     

基于名义应力法的弹性链型接触网疲劳寿命预测

针对高速铁路弹性链型接触网进行接触线疲劳寿命预测分析.利用ANSYS,采用直接积分法对弓网耦合系统进行动态仿真,得到接触线的应力时程;运用雨流计数法得到离散的应力循环,采用应力修正算法得到平均应力为零的疲劳应力谱;通过简化方法估算获得材料S-N曲线,从而计算得到疲劳破坏次数;最终运用线性累积损伤理论预测接触线的疲劳寿命.对比分析接触线不同位置的疲劳寿命值,结果表明:接触线每跨疲劳寿命趋势一致;每跨在吊弦处和定位点处疲劳寿命较低,其中寿命最低值出现在左侧第一根吊弦处,疲劳寿命最低值为20 a左右.结果可为高速铁路弹性链型接触网接触线的实际施工维护和更换周期的确定提供参考.     

采煤机导向滑靴疲劳与模态分析

结合某型号采煤机导向滑靴实际工况,基于ANSYS对采煤机导向滑靴进行了静强度、疲劳及模态分析,分析结果表明:采煤机截割阻力和牵引力不在一条直线上,致使导向滑靴受到严重的轴向力,这是造成导向滑靴破坏的主要原因;导向滑靴的最大应力为200MPa左右,为许用应力的70%;导向滑靴最薄弱的部位位于销轴孔下边;利用ANSYS软件中的模态分析模块,得到导向滑靴在正常截割煤壁过程中的固有频率和振型。该分析结果可为采煤机导向滑靴的优化设计提供理论指导。     

液压支架前连杆疲劳寿命预测方法

针对液压支架前连杆疲劳寿命值计算繁琐的问题,提出采用遗传算法优化后的BP神经网络预测液压支架前连杆疲劳寿命。首先采用最优拉丁超立方方法选取40组参数水平下的设计参数,然后采用ANSYS有限元分析软件计算每个参数水平下的疲劳寿命值,最后采用经遗传算法优化后的BP神经网络学习前30组数据,建立设计参数与疲劳寿命之间的神经网络模型,用剩余的10组数据检测模型预测精度。预测结果表明,遗传算法优化的BP神经网络对液压支架前连杆疲劳寿命的预测误差较小。     

微型客车车身疲劳破坏CAE仿真

为解决微型客车在山区使用过程中后立柱和后门槛板等部件出现疲劳裂纹的问题,采用ANSYS和LS—DYNA对整车在实际使用条件下的应力分布及随时间的变化进行仿真．对关键部件进行疲劳寿命计算和分析,从中找到部件产生疲劳裂纹的主要原因;提出多种改进方法,并基于CAE仿真分析筛选出改动小、成本低、效果好的方案;根据改进部件的疲劳寿命预测和评价确定最终改进方案．     

汽车动力总成橡胶悬置结构疲劳设计

为提高汽车悬置结构中橡胶减振件的疲劳耐久性能,定义后抗扭悬置的疲劳失效热点区域,用有限元法计算其应变分布,获得热点的最大主应变;结合橡胶材料的ε-N曲线计算结构局部疲劳寿命,运用线性疲劳累积损伤理论评估结构整体疲劳寿命.用有限元法预测的失效区域和疲劳寿命与台架强度试验得到的失效区域和疲劳寿命基本吻合,表明该结构疲劳设计方法可行。     

卫星推进系统复合材料高压气瓶爆破失效分析

介绍一种卫星推进系统复合材料气瓶的2种功能失效模式:爆破失效和疲劳失效.重点分析引起爆破失效的主要因素,通过ANSYS采用薄壁壳单元SHELL 91模拟碳纤维螺旋缠绕层和环向缠绕层组合缠绕的多层结构模型,并提出一种爆破失效验证方法.研究结果表明,应力断裂、复合层受损和树脂开裂等是引起复合层破裂的主要因素.复合材料气瓶测试结果表明:采用SHELL 91模拟复合多层结构的分析方法是一种有效、实用的方法;基于复合层单层结构判定理论的爆破失效验证方法是合理、可行的,并可以为降低其失效概率提供数据依据.     

兆瓦级风力发电机组轮毂强度数值分析

基于GL规范,采用有限元法对某兆瓦级风力发电机组轮毂进行极限强度分析.对轮毂S N曲线进行修正,分析疲劳计算需要考虑的载荷工况,使用GH Bladed软件仿真得到疲劳计算所需的载荷时间序列.使用ANSYS/nCode软件对轮毂进行疲劳寿命分析,结果表明轮毂的极限强度和疲劳强度均满足设计规范的要求.分析结果可以为兆瓦级风力发电机组轮毂的结构设计提供参考.     

副车架疲劳台架试验的有限元模拟

应用有限元分析法对副车架的疲劳台架试验进行强度和疲劳分析,得到副车架的应力分布图、副车架本体寿命云图和焊点寿命云图. 通过分析,可以预测模拟制动工况的疲劳台架试验中副车架本体及焊点可能出现的强度及疲劳问题.     

航空发动机支架零件振动疲劳及结构优化

针对某型航空发动机支架零件侧面根部经常出现疲劳裂纹的问题，基于功率谱密度（power spectral density, PSD）通过谐响应分析推导疲劳损伤传递函数，使用ANSYS Workbench搭建振动疲劳分析流程，结合模态信息使用Dirlik方法在nCode DesignLife中进行疲劳求解。仿真结果表明，该支架零件侧面根部的疲劳裂纹主要是由倒角半径过小导致的。发动机工作时可与支架零件产生2个共振带，虽然增大倒角半径有利于避开支架零件的2阶共振带，但是降低支架零件根部应力集中水平才是提高零件使用寿命的直接方法。当零件侧面根部倒角半径增大为2.5 mm时，支架零件的使用寿命最大。若配合零件背面根部倒角尺寸进行优化设计，可进一步提高零件的使用寿命。     

基于等效结构应力的铝合金地铁车体疲劳寿命预测

为评估某铝合金地铁车辆的疲劳寿命,采用美国ASME标准中的网格不敏感的主S-N曲线法对该车焊缝进行疲劳寿命预测.用HyperMesh对车体进行有限元建模,并对焊缝处网格细化;用ANSYS计算焊缝处应力;运用自主开发的FE-Weld软件对其进行等效结构应力的计算和疲劳寿命的预测;对疲劳寿命不符合设计要求的结构进行改进和优化,改进后结构的疲劳寿命符合设计要求.网格不敏感的主S-N曲线法具有重要工程应用推广价值.     

An efficient 3D stochastic finite element method for failure probability analysis of high temperature components

The loadings on high temperature components are generally complex and the discreteness of the material strength is usually great. Therefore, the two-dimensional (2D) failure probability analysis model and the deterministic finite element method (DFEM) cannot be applied to evaluate the failure probability of asymmetrical three-dimensional (3D) components. To overcome the drawbacks of the 2D model and the DFEM, an efficient 3D stochastic finite element method (SFEM) is proposed in this paper. With this method, the failure probability of components subjected to complex loadings can be estimated by using the statistical analysis of the Von Mises stresses of element nodes. Meanwhile, ANSYS and MATLAB were employed to carry out 3D parametric modeling, solving and statistical analysis. The proposed method is efficient, as is verified for two cases, and it can also be easily applied in practical engineering.     

Fatigue constrained topology optimization

We present a contribution to a relatively unexplored application of topology optimization: structural topology optimization with fatigue constraints. A probability based high-cycle fatigue analysis is combined with principal stress calculations in order to find the topology with minimum mass that can withstand prescribed variable-amplitude loading conditions for a specific life time. This allows us to generate optimal conceptual designs of structural components where fatigue life is the dimensioning factor. We describe the fatigue analysis and present ideas that make it possible to separate the fatigue analysis from the topology optimization. The number of constraints is kept low as they are applied to stress clusters, which are created such that they give adequate representations of the local stresses. Optimized designs constrained by fatigue and static stresses are shown and a comparison is also made between stress constraints based on the von Mises criterion and the highest tensile principal stresses. The paper is written with focus on structural parts in the avionic industry, but the method applies to any load carrying structure, made of linear elastic isotropic material, subjected to repeated loading conditions.