矿用液压支架后顶梁疲劳性能的分析及优化措施

以ZZC8800/20/38型液压支架后顶梁为研究对象,利用UG和ANSYS软件建立了后项梁结构的疲劳性能分析模型.结果 发现后顶梁不同部位的疲劳性能存在很大的不均匀性,原因是结构设计不合理.利用ANSYS软件对后顶梁结构进行优化改进,使得结构的重量降低了9.96％,其最小疲劳寿命和安全系数反而分别增加了4.71％和12.99％.将优化后的后顶梁结构应用到液压支架中,经估算顶梁结构的使用寿命可以提升10％以上,经济效益显著.     

可控启动装置齿轮箱行星轮系寿命分析

以可控启动装置齿轮箱行星轮系为研究对象,利用疲劳寿命分析软件ncode Design Life分析其疲劳寿命。在建立疲劳寿命有限元模型的基础上,采用名义应力疲劳寿命分析方法,通过修改材料参数进行仿真,得到材料分别为18Cr2Ni4W、18CrNiMo7-6与20Cr2Ni4A时行星轮的疲劳寿命分布云图及最小疲劳寿命值。仿真结果表明:材料为18CrNiMo7-6的齿轮疲劳寿命值最大。     

支撑式冲击破岩掘进机支护机构的疲劳分析

为探究支撑式冲击破岩掘进机支护机构的疲劳特性,利用Solidworks和Ansys Workbench建立了该支护机构的有限元模型,对两种典型工况进行静强度分析,得到机构的静应力、应变峰值以及安全系数云图,找出了薄弱关键点;根据静强度分析的结果,插入Fatigue Tool模块对支护机构进行寿命计算和疲劳敏感性分析。结果表明:该机构最小疲劳寿命循环次数为1.3419×10~7次,大于设计寿命10~7次,位于龙门架与机架连接处,有应力集中,是支护机构的的薄弱部位。最大总损伤0.745,与最小寿命位置相同。所得结果为改进该机构设计、提高疲劳强度、延长寿命提供参考。     

基于不同工况的直齿轮接触强度分析与疲劳分析

针对齿轮在长周期交互循环载荷作用下的疲劳失效问题,以一对相互啮合的渐开线直齿轮为研究对象,对其进行了静态和动态应力分析,并基于载荷谱及材料的S-N曲线以及线性累积损伤理论,对其进行疲劳寿命分析,得到不同影响因素下的齿轮疲劳寿命云图和各个节点的最小疲劳寿命。结果表明：在静载条件下,齿轮副的最小疲劳寿命区域出现在静态力学分析的最大接触应力位置;在动载条件下,齿轮副的最小疲劳寿命则位于齿面分度圆与齿轮端面的过渡区域。     

基于晶体塑性理论的钛合金疲劳寿命预测

钛合金是航空航天及船舶制造领域的重要材料。为研究钛合金在拉伸载荷作用下的疲劳寿命,突破传统宏观有限元方法,在介观尺度上基于晶体塑性理论,对钛合金进行仿真。应用Neper与ABAQUS软件,建立Ti-5553钛合金材料的晶体塑性有限元模型,对其应力仿真结果进行分析。结果表明,模型中的最大等效应力为476.6 MPa,最小等效应力为69.95 MPa。将仿真结果导入Fe-safe疲劳分析软件,对钛合金材料的疲劳寿命进行预测,得到疲劳寿命计算结果为229 567次。     

随机载荷下矿用自卸车后桥壳疲劳寿命分析

矿用自卸车行驶路况非常恶劣,为研究国产首台SF33900型矿用自卸车后桥壳的疲劳寿命,建立后桥壳有限元分析模型,将载荷峰值作用下的仿真应力结果与试验结果进行对比分析,得出两者数值比较接近,从而验证了该模型具有一定的准确性。将动力学分析结果作为后桥壳疲劳寿命分析的随机载荷谱,得出水平路面普通工况下的疲劳寿命分布云图,其最小寿命满足工程要求。为研究载荷变化对后桥壳疲劳寿命的灵敏性,对比分析三处载荷变化对后桥壳疲劳寿命的影响程度,得出后横拉杆和悬架下支点位置受力变化对后桥壳疲劳寿命影响较大。另外,还考虑载荷频率变化对后桥壳疲劳寿命的影响,结果表明,载荷频率变化比幅值变化更能影响疲劳寿命。     

热油泵用机械密封波纹管疲劳特性研究

热油泵用波纹管机械密封装置的关键零部件金属波纹管,在变工况条件下极易出现疲劳断裂情况。为研究热油泵用机械密封波纹管疲劳特性,建立U形和V形2种类型金属波纹的三维模型,采用结构-热多场耦合分析方法,分析金属波纹管在不同温差工况下的变形场、应力场和疲劳寿命变化规律。结果表明:U形和V形金属波纹管的最大应力值和最大变形量都随着温差的增大而增大,最小疲劳寿命随着温差的增大而减小;V形金属波纹管的力学性能与疲劳性能均好于U形金属波纹管;受力端为整个金属波纹管整体最易损坏部位,该处变形量和应力值都为最大,而疲劳寿命值为最小,为提高金属波纹管的使用寿命和运行稳定性,须对该处进行加固处理。     

热机疲劳加载后316L拉伸性能与剩余疲劳寿命预测方法

研究热机疲劳载荷下不同疲劳周次和应变幅值对316L后续拉伸性能的影响，使用金相显微镜和扫描电子显微镜对断口以及断口附近表面形貌进行分析，并使用透射电镜观察不同疲劳周次下的位错结构，最后基于拉伸性能提出剩余疲劳寿命预测方法。结果表明，热机疲劳周次和应变幅值对拉伸性能的影响趋势明显不同，热机疲劳周次对拉伸性能的影响显著大于应变幅值的影响。热机疲劳周次和应变幅值的增加导致试样表面出现明显的宏观裂纹，材料韧性下降，在热机疲劳周次达到50%N_f之后，试样的断裂模式由单纯的韧性断裂转变为混合断裂，热机疲劳过程中的位错结构演化是导致材料强度增加的主要原因。基于均匀延伸率、延伸率、均匀拉伸塑性应变能以及拉伸塑性应变能对剩余疲劳寿命进行预测，其中基于均匀拉伸塑性应变能的预测结果最为准确。     

长定子中低速磁浮列车悬浮架疲劳寿命分析

基于ANSYS Workbench软件建立长定子中低速磁浮列车悬浮架有限元模型,分析悬浮架在4种工况下的应力情况,确定疲劳关键部位。在4种工况下对关键部位的疲劳寿命进行计算。静悬浮工况下悬浮架的疲劳寿命最小为9.679年;正常行驶工况下悬浮架的疲劳寿命最小为3.53年;紧急制动工况下悬浮架的疲劳寿命最小为2.18年。结果表明:在静悬浮、正常行驶和制动状态下悬浮架的疲劳危险部位都位于左右两个支腿上横向弧板与竖板的连接处,其寿命偏小,有必要对其进行结构优化或局部重新设计。     

引入滚动体尺寸偏差的球轴承寿命模型

针对尺寸偏差引起的固定滚道应力循环状态的变化,提出了滚动轴承等效载荷态的概念,并在此基础之上,结合Lundberg-palmgren(L-P)寿命理论及Miner疲劳损伤累积假说,提出了一种修正L-P寿命模型。基于该疲劳寿命计算模型,以6008型普通深沟球轴承为例,考虑到滚动体尺寸偏差的分布形式,对滚动体尺寸偏差、载荷及游隙等因素对轴承疲劳寿命的影响进行了计算并对结果进行了统计学分析。模型预测结果与相关文献的试验数据进行了对比,得出如下结论:1)尺寸偏差值增大,疲劳寿命系数降低;2)随着载荷的增大,尺寸偏差对轴承疲劳寿命影响逐渐减弱;3)存在一个较小的负游隙使得轴承疲劳寿命系数达到最小;4)滚动体尺寸偏差服从呈正态分布时,轴承疲劳寿命系数亦呈正态分布。     

掘进机回转台螺栓组多目标优化设计

为提高掘进机的动态可靠性,建立其刚柔耦合虚拟样机模型,基于破岩理论,结合实际工况,利用项目组开发的"纵轴式掘进机截割头辅助设计及载荷计算软件"获得了掘进机的载荷文件,通过ADAMS仿真得到了回转台的应力云图,基于可靠性理论构造了疲劳寿命-可靠度隶属函数,利用NSOFT软件对回转台进行疲劳寿命可靠性分析。以螺栓组的可靠度作为训练样本,利用粒子群算法(PSO)对回转台进行优化设计,得到了最优的回转台螺栓组参数。结果表明,优化后的回转台最大应力值降低了31.669%,最小疲劳寿命由1.706×10~3提高至2.487 4×10~6次,满足设计要求。     

某型燃气轮机寿命分析

对燃气轮机的主要转子结构件进行强度计算,选取安全系数较小的低压涡轮盘和高压涡轮盘作为低循环疲劳的基本分析对象,进行低循环疲劳试验,得出低疲劳循环值,再通过不同次循环损伤比计算以及选取寿命分散系数,得出转子件的实际循环值,最后通过工作换算计算出燃气轮机的寿命。     

新型传动滚筒疲劳寿命分析

在ANSYS中对新型传动滚筒进行瞬态动力学分析,得到多种工况下该传动滚筒的最大等效应力云图、最大主应力时间历程。应用n Code Glyph Works的雨流分析模块对传动滚筒时间历程曲线进行雨流计数,并对载荷谱外推和叠加。基于疲劳寿命预测的相关理论,采用Stress Life模块分析其疲劳寿命和疲劳敏感性,得到传动滚筒损伤直方图以及在过载和残余应力影响下传动滚筒最小疲劳寿命曲线图。研究结果表明,该传动滚筒力学性能良好,传动滚筒的最小疲劳寿命约为783天,满足使用要求。过载和残余应力均对传动滚筒的疲劳寿命具有明显影响。     

基于ANSYS Workbench的汽车传动轴的有限元分析

为提高传动轴设计的可靠性和合理性,基于有限元方法对汽车传动轴进行自由模态分析、疲劳分析。由共振性分析表明,传动轴的最高运转转速小于临界转速25%,因此能够有效避免共振的发生。最大应力出现在轴管与万向节连接处,值为144.99MPa,安全系数为1.69,大于设计要求的1.2倍安全系数,因此传动轴的强度满足要求。该传动轴的最小寿命值为4.5963×10~5min,疲劳寿命满足要求。     

液压支架的疲劳性分析

在支架往复式的升柱降柱以及多次的冲击载荷共同作用下支架容易发生塑性变形,最终会引起支架主要承载结构的疲劳性失稳破坏。基于此,对液压支架的主要承载结构和主要传递载荷结构进行了疲劳性分析。分析认为:主要传递载荷构件的寿命要高于主要承受载荷构件的寿命,支架内部的连接耳板位置一般是疲劳寿命最短的位置,根据矿井规程中对支架顶梁和底座可承受循环载荷作用次数的规定可得支架可以满足耐久性试验的要求。     

变幅载荷下填充型天然橡胶疲劳试验与预测方法研究

以填充天然橡胶哑铃型圆柱试件为研究对象,进行不同应变比R与变幅载荷下的单轴疲劳试验,并分析变幅载荷对疲劳寿命的影响。以应变幅值为损伤参量,建立基于应变比R=0的等效应变幅值统一疲劳寿命预测模型,利用该模型预测所有应变比工况下的疲劳寿命,其预测值与实测寿命的偏差在2倍分散因子以内;对不同应变比R、载荷水平、加载顺序与停顿时间等变幅载荷下的疲劳寿命进行单轴疲劳试验,基于Miner线性损伤法则预测变幅载荷下的疲劳寿命,和实测寿命相比其偏差都落在2倍分散因子以内;对哑铃型试件进行随机载荷疲劳试验,通过雨流统计和不同应变比R下的统一疲劳寿命预测模型计算其总寿命,预测结果和实测结果最大误差在34%以内。验证了Miner线性损伤法则在填充型天然橡胶疲劳寿命预测中的普适性,所建立的不同应变比R下的等效应变幅值统一疲劳寿命预测模型可用于橡胶隔振器的前期耐久评估。     

剪叉机构的疲劳寿命分析及结构优化

疲劳失效是剪叉机构主要失效方式之一,根据剪叉机构高周疲劳的特性,选择名义应力法对剪叉机构的疲劳寿命进行评估,建立剪叉机构的数学模型,基于子模型思想,对危险构件进行隔离分析,得到剪叉框架的最小疲劳寿命和最小安全系数的区域,进行结构优化,保证剪叉机构在设计寿命内安全运行。     

螺杆泵定子橡胶疲劳裂纹扩展寿命预测

对非线性弹性断裂能量释放率和裂纹扩展速度的关系进行研究,建立了橡胶材料的疲劳裂纹扩展寿命预测模型.对带有预制切口的橡胶试件进行疲劳试验,试验疲劳寿命与理论预测疲劳寿命误差值为8.72%,验证此法预测螺杆泵定子橡胶的裂纹扩展寿命是可行的.对螺杆泵进行有限元计算和力学分析,确定螺杆泵最大等效应力和最小等效应力,进而计算螺杆泵各段模型危险疲劳位置的应变能释放率范围,预测螺杆泵定子橡胶的疲劳扩展寿命,并与螺杆泵实际寿命基本吻合,为螺杆泵疲劳寿命的预测研究提供了具有一定实用性的理论及方法.     

衬套冷挤压强化孔疲劳寿命研究

采用仿真分析方法对衬套挤压强化过程应力分布情况进行研究,对比芯棒拉力及强化后孔径实际值,分析仿真模型的准确性。基于强化后模型的应力情况对试验板进行名义应力法的疲劳寿命预测。对试验板进行疲劳试验得到两个孔位的疲劳寿命值,对断口位置进行分析。结果表明：衬套挤压强化后在孔周产生很高的周向残余应力区,可以有效缓解孔壁应力集中现象,提高孔的疲劳寿命。挤压强化后,孔的挤入端较挤出端更容易产生疲劳裂纹。疲劳寿命预测结果与试验结果有较好的一致性,能够为衬套结构设计进行尺寸合理性验证及疲劳寿命评估。     

基于有限元方法的混凝土泵车结构疲劳寿命预测

针对混凝土泵车布料杆疲劳寿命难以预测的问题,提出了一种基于有限元仿真的疲劳寿命预测方法.通过仿真各铰点载荷谱对布料杆进行静强度分析,运用许用应力计算模型,确定最小疲劳寿命部位,并通过疲劳试验台架进行验证.研究结果表明,该方法可以相对精确地预测布料杆的疲劳寿命,为布料杆的可靠性设计提供参考和依据.