大型三排滚柱式转盘轴承的有限元计算分析

为提高三排滚柱式转盘轴承载荷分布的有限元计算效率,基于该装配体的结构特点,提出一种采用壳单元和非线性弹簧单元相结合的等效建模方法。利用弹簧单元替代滚子的载荷变形行为,并采用壳单元模拟滚子-滚道的接触面。该建模方法减小了非线性接触的计算量,以较低的计算规模有效地获取轴承的载荷分布。并通过静加载实验验证了有限元计算模型的有效性。根据有限元计算分析提供的最大载荷,对滚子-滚道进行接触分析,研究了不同间隙下滚子-滚道接触的应力分布。结果表明,随着间隙增大,滚子-滚道接触的边缘区域应力值增大,从而导致轴承疲劳寿命减小。     

汽车离合器膜片弹簧的疲劳寿命分析

膜片弹簧的疲劳寿命对汽车离合器结构的安全可靠性起着至关重要的作用,文中应用有限元方法分析计算了膜片弹簧的载荷-变形特性曲线,及在膜片弹簧预加载作用下,分离行程的最大应力、疲劳危险点,以及膜片弹簧的疲劳寿命.分析结果与方法为缩短产品的设计周期,优化离合器结构提供了理论依据.     

基于损伤力学的某飞机构件冲击疲劳寿命预估

某飞机起落系统中某重要构件在飞机往复起落中承受循环冲击载荷作用,需对该构件的冲击疲劳强度进行分析。损伤力学方法对冲击疲劳问题来说是一种新的分析方法。首先分析构件在静载荷作用下的细节应力,判明疲劳危险点,接着分析得到危险点在冲击载荷作用下的应力响应。然后构建冲击型损伤演化方程,并识别其中的材质参数,提出将应力响应视为载荷谱的应力应变场—损伤场解耦处理方式,发展了损伤力学—有限元法,使其可用于预估构件冲击疲劳裂纹萌生寿命。而后应用该方法对构件在冲击疲劳载荷与非冲击疲劳载荷作用下的疲劳裂纹萌生寿命进行预估,得到寿命预估结果,进而比较得到冲击疲劳载荷作用下和非冲击疲劳载荷作用下构件寿命的当量关系,为该构件的等效疲劳试验提供重要参考依据。     

立磨减速机弧齿锥齿轮副动态疲劳性能研究

建立磨减速机输入弧齿锥齿轮副的三维接触有限元模型,借助LS-DYNA软件对锥齿轮副柔性体动力学进行仿真分析,得到锥齿轮副的瞬态接触力,以此为疲劳寿命分析的载荷谱,结合静载作用下的应力结果和锥齿轮副材料S-N曲线,在FE-SAFE中采用最大主应力算法对锥齿轮副进行疲劳寿命分析,并研究了应力集中系数、载荷和残余应力对锥齿轮副疲劳寿命的影响规律。研究结果表明,锥齿轮副寿命随应力集中系数和载荷的增加而减小,疲劳寿命对载荷较敏感;残余拉应力使锥齿轮副的疲劳寿命降低,而残余压应力使锥齿轮副的疲劳寿命提高。     

橡胶弹性减振元件疲劳裂纹扩展寿命分析

对NR68橡胶纯剪切试样进行疲劳裂纹扩展试验,结果表明裂纹扩展率与撕裂能之间存在幂率关系.基于疲劳累计损伤理论,以撕裂能范围为损伤参量,建立橡胶疲劳寿命预测模型.对NR68橡胶裂纹扩展试验数据进行回归分析,拟合得出模型参数.综合应用有限元结构分析方法、橡胶材料等效应力计算方法和橡胶单侧切口拉伸(Single edge notched tensile,SENT)试样拉伸试验的应力应变数据,提出橡胶弹性减振元件撕裂能范围的计算方法,从而将弹性减振元件在复杂应力状态下的疲劳寿命问题转化为单向应力状态下橡胶材料的疲劳寿命问题.利用所建模型对锥形橡胶弹簧的疲劳寿命进行分析预测,并通过锥形橡胶弹簧台架疲劳试验进行验证,结果显示预测疲劳寿命是试验疲劳寿命的1.33倍,预测精度比较理想.     

随机风载下齿轮副接触疲劳裂纹萌生寿命研究

对随机风场进行了模拟,得到了正常发电工况下主轴扭矩的时间历程;建立了齿轮副的三维有限元模型,计算了在静态载荷下齿轮副的应力应变。采用随机载荷雨流计数法对齿轮载荷进行雨流计数,并对结果进行了统计学分析,得到应力均值符合三参数威布尔分布。研究了服从三参数威布尔分布的分布参数对齿轮接触疲劳裂纹萌生寿命的影响。结果表明采用随机载荷相对于采用载荷均值齿轮的接触疲劳裂纹萌生寿命疲劳寿命下降,形状参数增大齿轮接触疲劳裂纹萌生寿命增大,尺度参数和位置参数增大齿轮的接触疲劳裂纹萌生寿命减小。     

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     

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.     

电力金具U型环基于有限元软件的疲劳寿命研究

电力金具U型环的磨损主要是由于疲劳磨损引起的。以数值仿真分析方法为基础,利用有限元ANSYS Workbench软件进行疲劳寿命的分析。在三维软件UG中建立U型环接触模型,导入有限元分析软件ANSYSWorkbench中得到U型环的有限元模型,进行力学分析,找出应力薄弱环节;根据零件的材料属性,利用ANSYS Workbench的Fatigue Tool模块分析U型环的疲劳寿命,分析了U型环在载荷作用下的危险区域。根据实验数据得到的理论方程求得薄弱环节应力的磨损次数,再通过实验值与理论计算值进行对比,证明了ANSYSWorkbench在疲劳分析中的可行性。U型环在0.4t载荷下循环次数的模拟,对电路金具运行过程中的检查和维护有一定的借鉴意义。     

随机载荷作用下汽车驱动桥壳疲劳寿命预估

运用三维造型软件Pro/Engineer建立某型商用车驱动桥后桥壳的实体模型.依据有限元基本理论,在MSC.Patran中进一步建立该桥壳的有限元模型,利用有限元分析系统MSC.Nastran进行桥壳的应力分析和模态分析.同时建立与该桥壳相匹配的某型商用车的整车多体动力学系统模型,并进行在不同等级的虚拟路面上的整车动力学分析,得到作用在桥壳弹簧座上的随机载荷历程.综合有限元分析获得的应力结果和以上所得到的随机载荷历程数据,利用专业级疲劳分析系统MSC.Fatigue,进行桥壳整体基于S-N法的单事件和多事件复合工况下疲劳性能分析,给出桥壳疲劳寿命的分布情况和最危险点的寿命值.通过与台架疲劳试验的桥壳失效情况相对比,预估结果与试验结果一致.     

汽车钢板弹簧的应力和变形分析

应用有限元法对一种在垂直力作用下的3片式钢板弹簧进行分析,其中应用8节点块单元对板簧进行实体建模,采用接触分析来模拟板簧各片逐渐进入接触的情况。对钢板弹簧的中心螺栓、U型螺栓夹紧和卷耳、吊耳部分的铰链约束进行独特的处理。应用所建立的有限元模型计算板簧的应力分布和载荷-变形曲线。对该板簧进行的实验应力分析表明,应用该有限元模型得到的计算应力和载荷-变形特性与试验结果吻合较好。     

某发动机气门弹簧校核与分析

气门弹簧是发动机配气机构气门组的重要零件。对某发动机气门弹簧进行理论校核,应用Excite-Timing Drive软件对配气机构进行模拟分析。理论校核及模拟分析结果显示:由于气门升程较大,导致簧丝余隙较小,气门弹簧并圈现象较明显。通过优化气门弹簧设计参数,消除了弹簧并圈现象,配气机构采用新设计的弹簧后仍能稳定工作。     

Analysis of contact force and thermal behaviour of lip seals

Using the Mooney-Rivlin model, the contact force and thermal behaviour of a radial lip seal are studied numerically and experimentally as a function of the interference. The numerical and experimental results on the static contact forces show good correspondence with and without the garter spring. The FEM calculated results indicate that increased interference may increase the eracking of seal material due to the maximum contact stresses close to the contacting area of the seal lip and produce local separation between the seal lip and the shaft. Also a coupled thermal-mechanical analysis method will be a useful tool to predict the contact behaviour of rubber lip seals for small values of the interference.     

锌基阻尼合金在含间隙机构振动控制中的应用

提出了用锌基阻尼合金材料作为构件实现含间隙弹性机构振动控制的方法。采用符合接触边界条件的非线性弹簧阻尼模型描述碰撞分离过程,建立了多间隙平面连杆机构的动力学模型;用二次曲线函数拟合实验所得锌基阻尼合金的损耗因子随应变变化的规律,由等效粘性阻尼理论,给出了一种依赖于应变和频率的非线性阻尼本构关系式;推导出了含间隙弹性连杆机构单元运动微分方程和系统运动弹性动力学方程。计算结果说明锌基阻尼合金材料应用于含间隙弹性机构的振动控制中是可行的。     

基于ANSYS的悬架弹簧快速开发

利用ANSYS实现了祖线经悬架弹簧的建模,并模拟分析了弹簧在压缩过程几何形状的变化、应力分布状态、力和刚度的变化规律,并以优化后的弹簧三维模型为基础制作了工装模具,使产品试制取得了一次成功,节省了试制周期和试制费用.弹簧的实测结果也和CAE分析结果相当吻合,证明了通过ANSYS建模分析并以此为基础进行悬架弹簧试制的可行性.     

基于MATLAB的先导溢流阀调节弹簧的优化设计

以弹簧的3个独立结构参数(钢丝直径、弹簧中径、有效圈数)为设计变量,以先导溢流阀调节弹簧的固有频率最大为目标函数建立数学模型。运用MATLAB的优化函数对其进行优化计算,从而获得一组优化的结构参数,其优化结果表明这是有效的弹簧设计方法。     

轮轨间的液态介质和表面微观粗糙度对接触表面疲劳损伤的影响

研究了具有表面微观粗糙度和有液态介质存在于接触表面的轮轨弹塑性接触力学问题,获得了轮轨表面接触应力分布等结果。结果表明,对于有表面微观粗糙度的轮轨,在接触区会出现很大的峰值接触应力,并造成轮轨表面出现塑性。在当载荷卸掉后,钢轨表面还存在严重的残余应力。在列车的多次运行过程后,这样的塑性变形会积累,以至疲劳破坏。给出了接触表面有液态介质和无液态介质的接触应力和残余应力结果。同时还分析了在有液态介质和无液态介质情况下,不同位置的表面微裂纹的裂纹尖端应力,结果表明在有液态介质存在下微观裂纹更易扩展,易导致轮轨表面剥离和断裂。     

断路器弹簧应力松弛研究

利用商用有限元软件ANSYS,对真空断路器弹簧操动机构超程螺旋弹簧的非线性蠕变应力松弛现象进行了研究。根据所建立的断路器超程弹簧三维有限元分析模型,求得了弹簧在位移栽荷作用下弹簧体内蠕变松弛应力的衰减情况。分析表明在外部载荷作用下,由于弹簧中的弹性变形会向微塑性变形转变,使得弹簧内剩余应力逐渐减小,并表现出了较明显的非线性。并且初始应力越大,蠕变应力松弛速率也会越大,但在稳态阶段,初始应力对残余应力的衰减速度几乎没有影响,研究结果对于今后断路器弹簧操动机构超程弹簧及其它弹簧的强度设计和维护有一定的参考价值。     

Residual stresses and retained austenite evolution in SAE 52100 steel under non-ideal rolling contact loading

Residual stresses are introduced and modified during manufacturing as well as by normal use under rolling contact loading. Operations such as heat treatments, shot peening, grinding, etc., are known to alter the magnitude and distribution of residual stresses. Our work revolves around the changes in magnitude and distribution of residual stresses, as they relate to deformation and the strain induced transformation of retained austenite. The residual stresses and retained austenite measurements were carried out using X-ray diffraction techniques. The rolling contact fatigue lives of different variants of SAE 52100 bearing steel were evaluated in a 5-ball-rod rolling contact fatigue machine under testing conditions leading to surface nucleated failure, i.e. non-ideal rolling contact. The tests were accelerated by applying well controlled micro-indentations on the wear track. The contribution of the residual stresses and amount of retained austenite to the rolling contact fatigue life were analyzed.     

ANALYSIS OF TRANSMISSION CHARACTERISTICS OF COSINE GEAR DRIVE

Based on the mathematical model of a novel cosine gear drive, a few characteristics, such as the contact ratio, the sliding coefficient, and the contact and bending stresses, of this drive are analyzed. A comparison study of these characteristics with the involute gear drive is also carried out. The influences of design parameters including the number of teeth and the pressure angle on the contact and bending stresses are studied. The following conclusions are achieved： the contact ratio of the cosine gear drive is about 1.2 to 1.3, which is reduced by about 20% in comparison with that of the involute gear drive. The sliding coefficient of the cosine gear drive is smaller than that of the involute gear drive. The contact and bending stresses of the cosine gear drive are lower than those of the involute gear drive. The contact and bending stresses decrease with the growth of the number of teeth and the pressure angle.