机械密封中Ω形和U形波纹管的疲劳寿命分析

针对机械密封中的波纹管疲劳失效引起机械设备故障的问题，以Ω形和U形波纹管为研究分析对象，采用SolidWorks建立三维模型，用Ansys软件进行有限元静力学计算仿真，结合Miner疲劳损伤原理，对两种波纹管在不同预应力下的等效应力和疲劳寿命进行分析比对。结果表明：随着预应力的增加，两种波纹管的等效应力增加，疲劳寿命降低；波纹管的波峰和波谷位置都为应力集中位置；在相同预应力下，Ω形波纹管波峰处等效应力大于波谷处，U形波纹管波谷处的等效应力大于波峰处，U形波纹管易发生疲劳失效的结点数要比Ω形波纹管的多，更容易发生疲劳失效，Ω形波纹管的整体疲劳寿命大于U形波纹管。仿真分析结合Miner疲劳损伤原理所得结论可为预测波纹管的失效和波纹管优化设计提供理论依据。     

阀门用波纹管的应力分析

基于有限元方法建立了阀门用波纹管的应力分析方法,通过对波纹管进行有限元分析。结果表明,无论何种工况,波纹管各层的应力分布规律基本相同,其分布规律是波峰与波谷部位应力较大,其余部位应力较小;在位移载荷(拉或者压)作用下,波纹管的最大等效应力均发生在波谷位置;在拉伸位移-内压联合作用下,结构最大应力发生在波峰,在压缩位移-内压联合作用下,结构最大应力发生在波谷;在工作状态下,波纹管的应力主要是由位移载荷引起,因此,在使用过程中应严格控制位移的大小。     

基于连续损伤模型橡胶弹性减振元件疲劳寿命分析

基于连续介质损伤力学理论研究橡胶类材料疲劳寿命预测方法,用一阶Ogden应变能函数导出橡胶材料疲劳损伤演化方程,建立以等效应变范围为损伤参量的疲劳寿命预测模型。拟合橡胶材料无切口试样拉伸试验应力应变数据,获得橡胶超弹材料Ogden本构模型参数,通过有限元结构分析得出转臂橡胶球铰在疲劳载荷工况下的主应力分布。应用橡胶超弹材料等效应力计算法则与橡胶材料无切口拉伸试验应力应变数据,提出复杂应力状态下橡胶弹性减振元件等效应变范围计算方法,得出转臂橡胶球铰的等效应变范围。利用所建疲劳寿命模型对橡胶球铰进行寿命分析预测,并通过转臂橡胶球铰台架疲劳试验进行验证,结果显示试验疲劳寿命是预测疲劳寿命的1.96倍,预测精度比较理想。     

二级波纹管截止阀用波纹管结构强度及疲劳可靠性研究

为保障核二级波纹管截止阀的高安全可靠性,波纹管元件需实现阀杆密封处的零泄漏,其结构强度及疲劳寿命可靠性的研究就显得尤为重要。基于材料、结构及边界条件非线性理论,通过ANSYS Workbench有限元软件对核二级波纹管截止阀用U型波纹管在分别承受外压、拉压位移载荷及外压和拉压位移载荷共同作用下波纹管结构强度及疲劳可靠性问题进行分析,分别研究了波纹管的间隙和拉压位移对波纹管结构强度和疲劳寿命的影响。结果表明:较小的层间距应力值相对较小,疲劳寿命更高;拉压位移载荷对疲劳寿命的影响较大,使用过程中要严格控制;通过研究阀用波纹管的强度及疲劳可靠性为截止阀用波纹管的制造和使用提供了参考。     

非比例载荷下缺口件疲劳寿命有限元分析

针对Mod.9Cr-1Mo铁素体钢V型缺口件进行一系列非比例低周疲劳试验。试验结果表明,除圆路径外,各路径下裂纹萌生寿命占总寿命的60%~77%,与先前文献相比较,其分散性较小。采用ANSYS软件进行模拟计算,材料弹塑性特性采用Von Mises屈服准则、多线性随动硬化律和单轴循环应力应变曲线来描述。使用柱坐标系,通过固定试件一端,另一端加轴向和周向位移来实现拉扭应变控制。有限元模拟结果表明,各路径下缺口根部均产生了明显的应力集中,第一主应变、等效应变的最大值均发生在缺口根部。基于模拟得到的缺口根部的应力应变结果,采用Smith-Watson-Topper(SWT)方法进行疲劳寿命预测,除针对单轴路径预测结果偏低外,大部分预测结果位于2倍分散带内。     

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.     

位移载荷作用下U形波纹管的疲劳寿命研究

金属波纹管膨胀节是受热管网和设备进行热补偿的关键部件之一,具有一定的使用寿命,位移载荷会使波纹管产生超过屈服强度的应力,出现疲劳损伤,当累积损伤达到一定程度,波纹管就发生失效.对波纹管在内压及位移共同作用下进行疲劳寿命试验研究,结果表明,对称循环位移下波纹管的疲劳寿命最高,单侧压缩位移下波纹管的疲劳寿命最低,建议对膨胀...     

多轴变幅载荷下基于载荷支配模式的缺口件疲劳寿命预测方法

提出一种多轴变幅载荷下基于载荷支配模式的缺口件疲劳寿命预测方法。首先,通过循环计数方法确定多轴变幅载荷历程的计数循环(反复);其次,通过材料的循环应力应变关系和Neuber法推导出虚拟等效应变与真实等效应力之间的关系,并且分别将拉伸型和剪切型Shang-Wang多轴疲劳损伤参数替换虚拟等效应变幅来求解临界面上的真实等效应力幅;然后,通过真实等效应力幅和Neuber法则计算临界面上真实的拉压和剪切等效应变幅,并运用Manson-Coffin方程分别计算缺口部件的拉压和剪切疲劳寿命;最后,选择拉压和剪切疲劳损伤值中的较大值作为每个计数反复的疲劳损伤,并采用Miner法则进行疲劳损伤累积。缺口件多轴疲劳试验结果表明,采用基于载荷支配模式的缺口件疲劳寿命预测方法具有较高的预测准确度。     

U形波纹管的弹塑性近似分析及疲劳寿命预测

本文把U形波纹管简化成曲梁,按幂硬化的应力应变曲线进行弹塑性分析,获得应变集中系数K_ε。利用材料循环应力应变曲线,疲劳寿命曲线和EJMA规范(弹性解),得到U形波纹管的疲劳寿命预测公式,由实验证明了其正确性。     

煤化工反吹阀用波纹管国产化设计研究北大核心CSCD

为了研究煤化工反吹阀用波纹管失效原因,运用有限元法对波纹管进行静力学和瞬态动力学分析。与静力学分析结果对比,考虑惯性力及阻尼作用后,波纹管的最大应力有所增大,疲劳寿命下降,最大应力出现位置由波纹管中部转向阀杆端部。为了验证仿真计算的准确性,设计了专用的高温、高压疲劳试验台,实现了苛刻工况波纹管型式试验。和试验结果对比,波纹管设计寿命与真实寿命偏差30%以内,失效位置与仿真分析结果一致。根据仿真和试验结果,提出了优化阀杆端部波纹管材料及波形结构改善波纹管寿命的设计方法。     

多层U形波纹管的疲劳寿命有限元分析

应用非线性有限元法,综合考虑几何非线性、材料非线性和边界非线性等因素,采用平面轴对称单元和柔性的面-面接触对,建立了多层U形波纹管的非线性有限元模型,较好地解决了层间的接触问题.借助ANSYS软件对多层波纹管在轴向载荷与内压组合作用下的应力分布规律进行了探讨,利用结构的局部应力应变状态对波纹管的疲劳寿命进行了预测,同时考虑了波纹管的层数、壁厚减薄效应以及内压大小对于计算结果的影响,为波纹管的疲劳设计提供了依据.     

深水压力补偿用U型波纹管疲劳寿命分析

深海用压力补偿器中弹性补偿部分的寿命很重要,用Hypermesh和ANSYS Workbench联合仿真,对其进行了非线性有限元分析,并借助ANSYS Workbench的Fatigue Tools计算其疲劳寿命。分析了影响其疲劳寿命的相关因素,为深海用多层U型波纹管的选用提供了设计指导。     

波纹管在外压-拉伸条件下的稳定性研究

对波纹管在拉伸条件下的外压稳定性进行了试验研究和非线性有限元分析 ,结果表明拉伸位移对波纹管的外压稳定性有不利影响 ,失稳是由于某一波纹局部区域的大量塑性变形而产生的。同时指出 ,对于大口径外压波纹管 ,周向应力对波纹管强度的影响超过了子午向应力     

重载RV减速器的摆线针轮疲劳寿命预测

以某型重载RV减速器中的摆线针轮为研究对象,利用有限元分析软件建立轮齿接触等效模型,得到了摆线轮齿面的接触应力分布并分析了其最大接触应力区,基于刚柔耦合动力学建模,得到了最大接触应力区的应力-时间历程。采用疲劳累计损伤理论,基于疲劳寿命专用仿真软件,以有限元结果和载荷谱为输入,分析了摆线针轮在相应外部循环载荷作用下的最终寿命,研究结果表明：摆线轮最大应力部位和危险部位在分度圆附近且靠近端面,最大应力为817 MPa,疲劳寿命为106.673次,等效寿命为5 233 h,为摆线轮的抗疲劳优化设计提供了参考价值。     

S型焊接金属波纹管的应力仿真与试验研究

采用ANSYS建立了S型焊接金属波纹管的三维模型,利用其分析模块,对波纹管进行了非线性有限元仿真分析,计算出波纹管在不同压缩位移情况下的应力及失效变化。利用ANSYS的仿真分析结果与试验相对比,得到了S型焊接金属波纹管应力随位移变化的曲线图,为S型焊接金属波纹管的结构优化设计及疲劳失效计算提供了参考依据。     

S型焊接金属波纹管疲劳寿命的有限元分析

应用ANSYS Workbench（AWE）软件的Fatigue Tool工具箱和S—N曲线,分别用Goodman直线模型、Gerber抛物线模型、Soderbe曙直线模型和S-N直线模型的平均应力修正法,对S型波纹管进行疲劳寿命分析,得到波纹管在各种工况下的疲劳寿命,从而进行波纹管的优化设计。主要介绍了波纹管寿命分析的一般思路及其力学原理。经试验验证：有限元法能够很好地模拟金属波纹管的疲劳寿命,精度也大大高于经验公式,同时也为波纹管寿命分析开辟了新的研究途径。     

开孔圆柱壳模拟疲劳试验模型及加载条件的研究

研究受内压开孔圆柱壳与其受拉伸开孔平板模型在结构和受载条件上的相似性，有限元分析表明，开孔圆柱壳与其相应的平板模型在开孔附近的等效应力分布非常相似，分析和试验结果表明，开孔圆柱壳模拟疲劳试验载荷应由控制疲劳寿命的关键部位（即危险点）的等效应力来确定，当开孔圆柱壳与其平板模型在危害点的等效应力水平和分布相同时，可认为二者的疲劳寿命也相同，在正确的加载条件下，开孔平板模型可用于开孔圆柱壳的模拟疲劳试验，并较精确地预测开孔圆柱壳的疲劳寿命。     

某型航空发动机涡轮盘低循环疲劳寿命分析

确定发动机零部件的最大应力应变循环是进行零部件寿命研究的重要内容之一.弹塑性有限元分析常用于计算最大应力应变循环,但是由于各种载荷、约束等条件考虑不全面,得到的应力应变循环往往偏大.同时,某些零部件的瞬态温度场是决定其疲劳强度和使用寿命的重要因素,而获得准确的瞬态温度场是非常困难的.文中对某型发动机的高压涡轮盘进行疲劳试验条件下弹塑性有限元分析,对一台涡轮盘的残余应力进行测试,利用稳态温度场计算涡轮盘危险点最大应力应变循环,并根据弹塑性有限元分析和通过残余应力测试得到的最大应力应变循环进行低循环疲劳寿命预测.研究结果表明,弹塑性有限元分析法预测的寿命偏低,由残余应力可以较准确地确定最大应力应变循环.     

Aero-engine blade fatigue analysis based on nonlinear continuum damage model using neural networks

Fatigue life and reliability of aero-engine blade are always of important significance to flight safety.The establishment of damage model is one of the key factors in blade fatigue research.Conventiona...