对数螺旋锥齿轮裂纹扩展分析

分析了对数螺旋锥齿轮的裂纹扩展情况.首先,利用HyperMesh软件对齿轮进行网格划分,进而将划分网格的模型导入有限元软件,以确定危险位置,即所受应力最大位置;然后,利用扩展有限元法,模拟裂纹扩展过程,得到裂纹扩展中的应力强度因子;最后,通过调整相关参数,研究裂纹形状、裂纹大小以及齿顶载荷对应力强度因子的影响规律.结果...     

基于ABAQUS的圆柱直齿轮齿根裂纹扩展与寿命估计

以渐开线直齿轮为研究对象,通过齿轮应力分析确定轮齿裂纹易萌生位置,利用ABAQUS软件建立齿轮裂纹扩展有限元模型,获取齿根裂纹扩展路径,计算不同阶段裂纹尖端应力强度因子.通过多种曲线拟合方式的对比,选取指数函数建立的裂纹长度与裂纹尖端应力强度因子幅之间的函数关系.运用Paris公式构建裂纹扩展速率模型,实现含齿根裂纹齿...     

含裂纹大摆锤减速器行星齿轮的疲劳寿命分析

针对大型游乐设施大摆锤的减速器齿轮疲劳破坏情况,研究了在无损情况以及含裂纹情况下,大摆锤减速器非均布行星齿轮的疲劳寿命。建立了正常及含不同裂纹的行星齿轮轮系模型,根据断裂力学理论分析了裂纹应力强度因子和齿轮疲劳寿命的关系,联合利用有限元分析软件ANSYS Workbench和疲劳分析软件nCode DesignLife分析轮齿的应力变化情况和疲劳寿命情况,验证设计是否满足机械设计要求,得到裂纹对减速器疲劳寿命的影响。分析的结果可应用于减速器的结构优化、制造及其运行检测领域。     

基于Abaqus的直齿圆柱齿轮疲劳裂纹应力强度因子研究

应力强度因子是研究断裂问题的重要参量,可以度量和控制裂纹的发生发展,对研究裂纹的疲劳损伤及预估寿命具有重要意义。为了研究直齿圆柱齿轮三维裂纹应力强度因子的变化规律,利用Abaqus建立了含半椭圆形初始裂纹的三维有限元模型,计算了半椭圆形裂纹前缘应力强度因子,分析了裂纹大小、形状以及载荷变化对裂纹前缘应力强度因子的影响规律。结果表明,齿根裂纹在扩展过程中主要表现为张开型裂纹;随着载荷的增大,应力强度因子K_I不断增大,但其分布规律保持不变;在载荷不变的情况下,K_I随着裂纹尺寸的增大而增大;在建立的半椭圆形裂纹中,随着长轴的增加,裂纹前缘上的K_I波动逐渐变小。     

受剪切应力作用的表面裂纹应力强度因子研究

应用改进的三维虚拟裂纹闭合方法研究了受远端剪切应力作用的有限大体半椭圆表面裂纹复合型应力强度因子分布,并讨论了整个裂纹前缘复合型应力强度因子分布随裂纹形状变化和结构参数变化的规律。研究发现在自由表面附近,Ⅲ型应力强度因子分布受角点应力奇异性影响较大,在自由表面附近出现转折,但转折现象与裂纹形状参数有关,当裂纹形状比a/c≤0.6时,应力强度因子分布曲线光滑,表现为经典的角点奇异性。     

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。     

裂纹对箱形结构应力集中因子影响的量化研究

以箱型结构为研究对象,首先运用有限元手段对具有不同裂纹存在状态及不同裂纹尺寸的箱形结构进行应力分析,并根据分析结果提取沿裂纹根部向缓释放应力区域的应力场状态,然后采用数值模拟技术在与应力场分布相同的积分路径上对名义应力进行求解,最后根据名义应力及等效最大应力即可获得对应的应力集中因子。研究结果表明在固定约束及载荷条件下,垂直裂纹、横向裂纹及斜向裂纹的尺寸与应力集中因子之间存在对应的变化规律。实现了不同尺寸、不同类型裂纹与应力集中因子之间量化关系的研究,为进一步量化箱型结构裂纹类型及参数与疲劳寿命间的关系奠定了基础。     

金属板件中微裂纹的非线性超声表征方法研究

研究非线性超声波动规律,确定二阶、三阶相对非线性系数与基波、谐波幅值之间的关系。建立微裂纹非线性弹簧模型,研究在循环载荷作用下微裂纹形状尺寸(长度和宽度)变化对超声接收信号谐波幅值数的影响,确定二阶相对非线性系数与微裂纹形状尺寸的关系,随着微裂纹长度增加,二阶相对非线性系数随之增加;随着微裂纹宽度增加,二阶相对非线性系数随之减小。将二阶相对非线性系数与裂纹形状非线性弹簧模型与实验结果进行对比,具有较好的一致性。研究了三阶相对非线性系数与微裂纹形状尺寸的关系,随着微裂纹长度增加,三阶相对非线性系数随之增加;随着微裂纹宽度增加,三阶相对非线性系数随之减小。     

运用子模型方法分析U型管表面椭圆裂纹应力强度因子

针对在裂纹前沿设置奇异单元的断裂力学有限元分析模型,运用子模型方法计算了U型管弯管部分表面纵向裂纹前沿各点的应力强度因子,得到了裂纹前沿最深点应力强度因子修正系数F1随弯管和裂纹参数的改变而变化的曲线图谱.     

大顶隙长齿齿轮高弯曲承载能力关键技术研究

顶隙系数、齿高系数等齿形参数是影响齿根过渡曲线形状的重要因素,而不同过渡曲线对应齿根弯曲承载能力不同。为了取得高弯曲承载能力,延长齿轮的使用寿命,从齿轮根部过渡曲线的刀具加工设计入手,分别考虑齿条型双圆弧刀顶、单圆弧刀顶,建立齿轮过渡曲线数学模型,确定齿根局部应力折截面计算模型,探究两种过渡曲线下高弯曲承载能力齿轮的齿高系数及顶隙系数最优变化范围,进而分析齿高系数、顶隙系数对齿根弯曲承载能力的影响,并用有限元对理论分析进行验证。研究表明:在特定的过渡曲线模型下选取合理的齿高系数及顶隙系数,齿根弯曲承载能力有较大提高,这为高弯曲强度齿轮设计提供理论依据。     

风电齿轮齿根弯曲应力及裂纹特性分析

以风电齿轮为例,利用有限元分析软件ABAQUS,建立了太阳轮简化力学模型,并进行了齿根弯曲应力的分析计算。分析结果与传统计算方法得出的结果基本一致,从而验证了简化模型的正确性。在此基础上,研究了齿轮齿根裂纹特性,分析了初始裂纹长度和外加载荷对应力强度因子(SIF)的影响。结果表明,随着初始裂纹长度的增加,应力强度因子也随之增加,并且应力强度因子与载荷等比例增加。在初始裂纹长度和载荷相同的情况下,应力强度因子KⅠ远大于KⅡ和KⅢ,即在弯曲应力作用下张开型裂纹为风电齿轮轮齿折断失效的主要原因。     

基于Schwartz-Neuman交替法的压力容器内接管表面裂纹的断裂力学分析

采用Schwartz-Neuman交替法计算了一个典型反应堆压力容器内接管应力集中处1/4椭圆形表面角裂纹的应力强度因子,并分析了角裂纹的应力强度因子随裂纹几何参数变化的规律。为了评估Schwartz-Neuman交替法的精度,首先计算了常规圆管上两种不同形式表面裂纹的应力强度因子,并通过与解析解的比对验证了Schwartz-Neuman交替法的良好计算精度。所得反应堆压力容器内接管应力集中处1/4椭圆形表面角裂纹的应力强度因子与文献[4]中有限元解吻合良好;但与常规有限元分析的计算模型相比,Schwartz-Neuman交替法所使用的单元数仅为前者的1%。算例表明,Schwartz-Neuman交替法不仅计算模型简单,并且可以准确地分析复杂结构中任意形状和深度的表面裂纹,因而它在三维复杂结构中裂纹的应力强度因子计算上具有明显的高效性。     

高速动车组齿轮副齿根裂纹应力强度因子数值计算

为研究高速动车组齿轮的齿根裂纹的应力强度因子,结合有限元法和作图法确定了裂纹萌生位置。基于线弹性断裂力学理论,以Abaqus为工具,研究了齿根初始裂纹前缘不同节点处的应力强度因子大小及变化规律,通过对比,确定Ⅰ型应力强度因子在裂纹扩展中占主导地位;在此研究的基础上,探讨了Ⅰ型应力强度因子随载荷、裂纹半径、裂纹形状等因素的变化规律。结果表明,载荷对Ⅰ型应力强度因子大小影响最为显著且呈线性关系;裂纹形状对Ⅰ型应力强度因子在裂纹前缘的分布规律影响十分明显。     

腐蚀结构损伤评估方法

针对腐蚀环境下老龄化飞机结构表面存在广布随机的腐蚀坑,而使其强度降低这一问题,先采用有限元方法并结合仿真软件ANSYS的参数化分析语言APDL,得到不同形状腐蚀坑底部的有效应力集中系数,然后结合局部应力应变法求解各个腐蚀坑底部在疲劳载荷作用下产生初始裂纹的萌生寿命值,再通过蒙特卡罗方法求解数值积分和非线性方程,得到和腐蚀坑具有相同寿命等效裂纹的尺寸,最后采用神经网络技术建立腐蚀坑各种几何尺寸与等效裂纹深度间的多变量非线性映射关系.为工程实践中用广布裂纹方法处理含随机分布腐蚀坑的老龄化结构提供可能.     

T型焊接接头表面裂纹应力强度因子影响因素研究

针对T型焊接结构中出现的疲劳断裂现象,采用扩展有限元法计算裂纹尖端应力强度因子,分析其受裂纹参数、载荷、结构参数影响的变化规律。计算结果表明:随着裂纹尺寸的增大,裂纹尖端应力强度因子呈发散状态增大;弯曲载荷变化引起裂纹尖端应力强度因子的变化程度大于拉伸载荷;裂纹尖端应力强度因子与结构参数呈线性关系。     

含双裂纹齿轮副轮齿裂纹扩展寿命分析

裂纹扩展是齿轮传动的主要故障,而且裂纹所处位置对裂纹扩展行为作用明显。为探讨齿轮副轮齿裂纹位置与裂纹扩展寿命的关系,提出几种相邻轮齿含分度圆裂纹和齿根裂纹的双裂纹齿轮副模型,基于ABAQUS建立齿轮副的三齿啮合有限元分析模型,分析不同载荷作用下分度圆裂纹和齿根裂纹尖端的主应力值和应力强度因子值;结合Pairs方程探讨分度圆裂纹扩展和齿根裂纹扩展寿命之间的关系。结果表明:齿轮副单齿啮合时的裂纹尖端应力比齿轮副双齿啮合时的裂纹尖端应力大,而且裂纹尖端的弯曲应力明显大于剪切应力;同一载荷同一裂纹深度时,齿根裂纹尖端的应力强度因子值大于分度圆裂纹尖端的应力强度因子值;相同加载时,含齿根裂纹齿轮的裂纹扩展寿命小于含分度圆裂纹齿轮的裂纹扩展寿命;裂纹扩展过程中,齿根裂纹深度和分度圆裂纹深度之比非定值,而且深度之比与载荷无关。     

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。     

海洋平台齿轮裂纹的应力研究

海洋平台的升降装置采用的是齿轮齿条传动方式,齿轮齿条的强度决定着海洋平台的安全性,由于齿轮长期承受周期性变化载荷,其根部易产生裂纹,故有必要对其在形成裂纹情况下应力及强度进行研究。基于Pro/E软件建立关于齿轮齿条的模型,然后导入Abaqus软件中进行接触强度研究,以探讨在裂纹宽度、深度、长度变化情况下齿轮的最大集中应力、齿轮与齿条的接触应力以及弯曲应力的变化情况。本研究结果可以为齿轮裂纹检测、齿轮裂纹故障诊断提供参考价值。     

直齿轮弯曲疲劳裂纹的扩展行为预测与分析

以渐开线圆柱齿轮为研究对象,在其齿根部存在初始裂纹的前提下,研究齿根疲劳裂纹扩展特性及其寿命;将齿轮啮合过程的动力学计算等效为多个啮合位置的静力分析,得到不同位置的应力强度因子;根据线弹性断裂力学,将裂纹扩展过程线性等效,以K判据分析裂纹是否发生扩展,根据Paris准则计算裂纹扩展量,采用最大周向应力准则确定裂纹扩展角度,得到整个计算周期的应力强度因子、疲劳裂纹扩展路径及疲劳寿命;采用高频试验台对齿轮进行疲劳试验,得到齿轮的疲劳扩展路径,与有限元计算结果进行对比验证;最后分别分析了初始裂纹的尺度、位置和载荷的不同对疲劳裂纹的扩展及疲劳寿命的影响。     

装载机驱动桥半轴疲劳强度影响因素分析

在再制造业工程机械领域中,半轴花键产生疲劳裂纹是半轴的主要失效形式,其裂纹特征决定半轴回收件的再制造处理工艺。采用基于缺陷建模的半轴强度分析方法,根据驱动桥半轴回收件裂纹的统计情况,随机选择一组裂纹特征的几何参数,建立齿根裂纹模型,使用ANSYS软件进行有限元静力分析,观察半轴最大等效应力与裂纹几何参数的变化关系及裂纹对半轴强度的影响。