风力发电机组内轮毂体疲劳寿命计算与研究

结合有限元和疲劳损伤理论,以轮毂为对象进行疲劳寿命的计算与研究。研究了单位载荷下有限元计算结果、疲劳载荷和材料S-N曲线。对轮毂体的热点使用绝对值最大主应力法,结合拟合得到的铸件材料S-N曲线计算得到疲劳损伤云图,对轮毂的疲劳寿命进行快速评估。该方法的研究为风力发电机组上其他铸件疲劳寿命提供了参考。     

压裂泵泵头体失效分析

压裂作业技术是油气田稳定增产的重要措施,其对压裂泵的质量要求非常高。某油田作业的压裂泵发生多起泵头体交变腔开裂现象,为了研究其失效机理,采用宏观检验、力学性能测试、断口分析及有限元分析等方法对裂纹性质及萌生扩展机理进行分析。结果表明:起始断裂区位于吸入腔与柱塞腔的过渡圆弧处,在交变应力与腐蚀介质的作用下发生腐蚀疲劳开裂失效。对泵头体的设计加工等方面提出了改进建议,为预防同类压裂泵发生疲劳腐蚀提供了参考。     

B1000钢板疲劳性能测试及仿真分析

通过有限元疲劳分析,在产品设计初期对整车及零部件的耐久性进行预测,找到结构薄弱环节,最后提出合理改进方案.但疲劳分析的前提是获得材料的S-N曲线,并保证曲线的精确性.为此,对广泛使用的B1000钢板进行拉伸强度测试及疲劳试验,再进行有限元疲劳仿真,将仿真结果与试验结果进行对比.结果表明:S-N曲线真实、可靠,可用于下一步的有限元疲劳分析.     

游车大钩材料疲劳试验与疲劳特性分析

进行了游车、大钩材料的疲劳试验,得到主要承载件材料的S-N曲线参数。利用Solid Works软件建立了游车、大钩三维模型。在疲劳试验的基础上,利用试验所得材料参数及Workbench软件进行了游车及大钩疲劳有限元分析,确定了游车、大钩在额定载荷作用下主要承载件的疲劳特性。     

不锈钢车体点焊接头疲劳特性分析

为获取不锈钢车体点焊结构的疲劳特性,提出了一种用于点焊疲劳寿命评估的S-N曲线和P-S-N曲线. 首先,对点焊试件进行拉剪疲劳试验,得到点焊试件的疲劳寿命. 然后,建立点焊试件体单元和壳单元有限元模型,并将仿真结果与准静态试验结果对比,验证了壳单元有限元模型的准确性. 之后,基于Rupp法得到点焊试件的等效结构应力,并根据等效结构应力和试验寿命得到点焊试件在不同应力比下的S-N曲线. 为了消除应力比对S-N曲线的影响,基于Goodman修正法将非对称循环下的结构应力当量为对称循环下的结构应力,得到了点焊试件的基本S-N曲线. 最后,根据三种方法绘制出了点焊的P-S-N曲线,对比得到基于破坏率的方法一和基于等效寿命的方法三能够较为准确地预测点焊的真实寿命,为点焊结构的设计及寿命预测提供一定的参考.     

基于有限元法的冲焊式后桥壳疲劳寿命分析

以大江二代冲焊式后桥壳为研究对象,利用ANSYS对该后桥桥壳进行在驱动力工况下的静力结构分析.通过计算得出驱动后桥疲劳计算的S-N曲线.将ANSYS静力结构分析结果及S-N曲线导入 FE-SAFE疲劳分析软件,并加载载荷谱后,对后桥壳疲劳情况进行仿真.仿真结果表明,驱动后桥疲劳失效最容易发生在桥壳冲焊处.     

基于Verity方法的焊缝疲劳评估原理及验证

Verity方法是计算焊缝疲劳寿命的最新方法.该方法是在有限元计算过程中,将焊趾处结点载荷向单元边分布载荷进行等效转换,以薄膜应力解析公式求解焊趾处结构应力,实现了结构应力对有限元网格不敏感方法.Verity方法还基于Paris断裂力学公式,推导了以等效结构应力幅为参数的主S-N曲线方程.为验证Verity方法的有效性,以装甲钢T形焊接接头为对象,进行了仿真计算与疲劳试验.结果表明,采用Verity方法计算结构应力具有网格不敏感特性,根据主S-N曲线方程计算结果与试验值较为接近,和其它传统焊缝疲劳评估方法相比,Verity方法计算精度高,优势明显.     

压裂泵泵头体裂纹原因分析及应对措施

材质为38CrNi2MoVA的压裂泵泵头体,在使用仅30 h即出现裂纹。通过金相、宏观断口、化学成分分析、力学性能测试、扫描电镜分析等理化试验,对该泵头体裂纹原因进行了分析。结果表明,该38CrNi2MoVA泵头体化学成分中的C、Ni及强度和冲击韧性均低于技术要求,且泵头体内盐酸的强腐蚀作用,导致泵头体发生腐蚀疲劳裂纹。对泵头体内壁进行表面防腐渗氮处理及严控生产工艺,可预防裂纹的发生。     

连杆胶套压装机压头疲劳寿命分析

为了保证连杆胶套压装机压装精度,防止压头出现疲劳失效,基于结构疲劳的基本原理和有限元方法,针对橡胶衬套内外圈材料弹性模量不同,无法采用传统公式分析的问题,通过建立橡胶衬套接触分析仿真模型,获得压装过程中的压装载荷模型,依据材料的S-N曲线建立疲劳参数,对压装机压头的疲劳寿命进行分析,获得压头的疲劳损伤系数,优选了压头材料。对连杆胶套压装机设计具有一定的实际意义。     

焊接构件虚拟疲劳仿真分析

针对焊接结构中焊缝经常出现疲劳破坏的问题,提出虚拟疲劳试验方法.利用有限元数值仿真结果及焊接接头S-N曲线数据,在计算机中模拟疲劳试验过程,完成对焊接结构件疲劳寿命的预测.通过对焊接构件的疲劳寿命仿真分析,证明此抗疲劳设计方法可行.     

基于BS7608标准的点焊试样疲劳寿命预测

基于BS7608标准对点焊接头进行疲劳寿命预测。运用壳单元、CWELD/ELPAT点焊连接单元建立点焊拉剪试样有限元模型,利用Nastran软件做线弹性分析,将线弹性分析结果导入疲劳分析软件,以BS7606标准提供的焊接接头S-N曲线为依据,对点焊试样进行疲劳寿命评估。疲劳寿命预测结果与疲劳试验结果对比表明,不同载荷下的点焊疲劳寿命预测结果与试验寿命有良好的一致性。     

基于Pavlou方法的焊接结构疲劳寿命预测

变幅载荷作用下的疲劳寿命预测一直是焊接结构完整性评估的重要内容.基于Pavlou提出的疲劳损伤区概念,采用BS7608标准中推荐的S-N曲线,运用有限元热传导分析技术,提出了一种焊接结构疲劳寿命的预测方法.针对承载型十字焊接接头、非承载型十字焊接接头和对接焊接接头,开展了二级变幅载荷谱块的拉伸疲劳试验,分别采用Miner模型、M-H模型和Pavlou方法估算了试件的疲劳寿命.结果表明,Pavlou方法的预测精度明显高于其它2种模型,预测寿命与试验寿命误差散射图中数据点的分布形态更加合理,验证了Pavlou方法的精确性和有效性.进一步讨论了焊接接头S-N曲线存活率对疲劳寿命预测精度的影响,提出2.3%存活率可以获得较为满意的预测结果.     

网格不敏感结构应力的焊接疲劳数据分布

为分析网格不敏感结构应力的焊接疲劳S-N数据分布具有高收敛性的机理,基于钛合金焊接接头疲劳试验数据,分别基于名义应力、主S-N曲线法中的结构应力及等效结构应力建立焊接疲劳数据坐标,并以最小二乘法拟合S-N曲线,应用粗糙集分析方法,以接头类型、相对板厚、载荷比、应力比等焊接疲劳主要影响因素作为条件属性,以疲劳数据对于S-N曲线的偏离度作为决策属性,对基于三种应力的焊接疲劳数据分布规律对比分析.结果表明,基于网格不敏感等效结构应力所建立的S-N数据分布更为集中和均匀,在预测焊接接头疲劳寿命方面具有更高的准确性.     

基于热点S-N曲线的Q235B焊接接头疲劳评定的数值模拟

在有限元技术的支撑下,通过热点应力法和回归计算获取焊接接头热点S-N曲线相关参数,在有限元疲劳软件MSC.FATIGUE中实现中值热点S-N曲线的生成和修正,并比较试验疲劳寿命和模拟疲劳寿命.模拟结果表明:通过热点应力法得到的不同热点S-N曲线经过修正后,获取的Q235B钢焊接接头的疲劳强度与国际焊接学会推荐值基本符合,采用IIW推荐的一条热点S-N曲线可以实现Q235B钢对接接头和非承载十字接头的寿命估测,且结果与试验符合较好,与理论一致.     

焊接结构模态结构应力法程序开发及工程应用

主S-N曲线法作为疲劳计算的新方法在焊接结构疲劳分析中被广泛采用.为了实现该方法在试验载荷下基于稳态动力学计算结果开展焊接结构疲劳寿命预测,首先引入台架模型作为边界条件,实现将试验载荷作为仿真分析的输入,基于模态叠加法的稳态动力学理论获得较准确的焊缝动态响应.其次在主S-N曲线法的准静态计算流程基础上,扩展其内涵,提出基于模态结构应力叠加的动态结构应力计算方法,该方法将稳态动力学计算的模态坐标与焊缝的模态结构应力进行叠加,实现动态结构应力计算及动态等效结构应力计算,再采用主S-N曲线进行寿命评估预测.进一步开发了焊接结构模态结构应力法疲劳评估软件,基于该软件开展了车体疲劳评估和疲劳试验对比.结果表明,该方法比传统方法更能有效地识别出动态加载下车体的疲劳破坏部位,验证了该方法在试验动态载荷加载下开展焊接结构疲劳评估的有效性和优越性,为研究焊接结构疲劳寿命评估理论和拓展主S-N曲线法提供了技术基础.     

基于不同S-N曲线的横向十字焊接接头疲劳寿命预测

通过疲劳分析软件MSC.Fatigue自动生成了3种不同S-N曲线,即试验S-N曲线、经验S-N曲线和标准S-N曲线,考虑了残余应力、平均应力、接头外形对焊接疲劳的影响,并按相关规则修正后对碳钢Q235B十字焊接接头进行了疲劳寿命预测,并进行了比较分析.结果表明,基于MSC.Fatigue的S-N曲线法模拟的焊接接头疲劳损伤部位及损伤程度与试验结果一致;试验S-N曲线预测值与标准S-N曲线预测值偏差在7.9%~28%,与经验S-N曲线预测值偏差3.3%~19%,经验S-N曲线预测结果偏高,而标准S-N曲线预测结果相对比较保守.     

QT400-18U铸造风力机轮毂疲劳分析

基于兆瓦级风力机轮毂有限元分析模型,对球墨铸铁QT400-18U铸造件风力机轮毂进行了疲劳损伤研究.利用风力机大型设计软件BLADE计算得到轮毂疲劳单位载荷及疲劳载荷谱;采用MSC.Marc/Mentat软件分析了风力发电机轮毂的疲劳应力;提出将修正的雨流计数法处理载荷谱与Palmgren-Miner线性累积损伤理论相结合的轮毂疲劳损伤计算的新方法,并依据德国劳埃德船级社规范,对轮毂S-N曲线进行了修正.结果表明,提出的方法可靠实用,基于有限元法疲劳分析可找到轮毂累积疲劳损伤最大点且为兆瓦级风机轮毂的合理设计与性能强化提供了科学依据,为轮毂的优化设计提供参考.     

Q235B钢对接焊接头振动S-N曲线的分析

通过分析确定Q235B钢对接焊接头的振动疲劳S-N曲线与静疲劳S-N曲线是具有相同斜率的连续型曲线,并基于静疲劳S-N曲线推得振动疲劳S-N曲线的表达式.文中通过试验确定了Q235B钢对接焊接头的静疲劳S-N曲线和不同加载频率下对应的真实拉伸强度,确定了振动疲劳修正系数为0.345 2,经过残余应力和接头板厚修正后,利用振动疲劳S-N曲线预测了疲劳寿命为5×106周次时振动疲劳极限为114.84 MPa,与试验值相差仅为7.60%.结果表明,文中所用方法能够用于Q235B钢振动S-N曲线的推断.     

承载T形接头疲劳试验对结构应力法的修正研究

为了更为精确地预测焊接结构的疲劳寿命,基于承载T形焊接接头的疲劳试验,建立有限元分析模型,50%存活率下,分别采用Verity法的位移控制模型、载荷控制模型、VOLVO法等结构应力法对T形焊接接头疲劳寿命进行寿命预测,结果表明,Verity法的载荷控制模型计算结果偏安全,VOLVO法计算结果偏危险,Verity法的位移控制模型计算结果与实际最为接近。而后,基于试验数据,修正了VOLVO法的柔性S-N曲线,采用该修正模型的计算结果可以较为精确地反映工程实际。     

基于等效结构应力的电阻点焊疲劳寿命预测

采用基于等效结构应力的点焊疲劳寿命预测方法对搭接和剥离两种受力状态下的电阻点焊疲劳寿命进行有限元模拟,运用简化粱单元、壳单元和刚性粱单元建立点焊有限元模型,利用商业有限元软件进行线弹性分析获得点焊周边单元节点的节点力,由节点力计算焊点周边单元的等效结构应力,根据单一主S-N曲线确定点焊疲劳寿命.为了验证有限元建模及疲劳...