铸造起重机主梁焊缝疲劳寿命的分析与研究

以某钢厂450 t/80 t铸造起重机为例,通过对起重机主梁焊缝的有限元法分析,得出起重机主梁结构的应力情况,重点采用子模型技术对铸造起重机主梁腹板焊缝的应力情况进行研究,并对该位置疲劳寿命进行了计算。借助Minner线性累计损伤理论完成焊缝位置疲劳寿命分析研究,计算得出主梁下盖板与筋板焊缝疲劳寿命为41.6年。     

梯形波纹腹板焊接梁疲劳寿命分析

针对梯形波纹腹板焊接梁结构,分别基于不同的表征应力方法(名义应力法、热点应力法、等效结构应力法)建立梁结构的有限元模型,研究焊缝处各表征应力的分布规律,分析裂纹产生的位置,计算疲劳寿命,比较不同表征应力的评定效果.结果表明,名义应力和热点应力的分布曲线相似,存在一定的波纹特性,但根据波纹变化无法准确判断裂纹产生位置及预测疲劳寿命;等效结构应力分布曲线的波纹变化特性十分显著,可较好地预测裂纹产生位置并较准确地估算疲劳寿命.因此建议采用等效结构应力作为梯形波纹腹板焊接梁结构的寿命控制参量.     

结构应力法预测点焊试件疲劳寿命

基于局部结构应力点焊疲劳寿命预测方法对电阻点焊进行疲劳寿命预测。使用壳单元、CWELD点焊连接单元、刚性梁单元建立电阻点焊拉剪试样有限元模型。运用商业有限元软件Nastran做线弹性分析,输出CWELD单元的节点平衡力,将有限元线弹性分析结果导入疲劳分析软件中完成点焊疲劳寿命的估算。疲劳寿命预测结果与疲劳实验结果对比表明,不同载荷下的点焊疲劳寿命预测结果与实验寿命有良好的一致性。     

基于ABAQUS/FE-SAFE的机翼结构多轴疲劳分析

以CAE技术为基础对机翼结构进行多轴疲劳分析。为了能够准确预测机翼结构的疲劳寿命,采用流体力学分析与有限元分析相结合的方法,使用流体力学分析软件FLUENT对机翼飞行外载荷特性进行了分析,在有限元分析软件ABAQUS中进行了机翼结构静力学分析,并基于Brown-Miller多轴疲劳理论,利用FE-SAFE软件进行机翼结构多轴疲劳分析,得到了机翼结构的疲劳寿命情况以及疲劳薄弱位置。分析结果与实际情况对比表明,该方法可有效预测机翼结构疲劳寿命,为机翼结构疲劳分析提供新途径,为机翼设计时估算机翼使用寿命提供参考。     

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.     

变速器齿轮轴有限元及动力仿真分析

联合仿真法预估疲劳寿命包括获取载荷历程、应力应变场和材料参量三个方面内容.文章在此基础上依据企业提供的二维图纸,在三维造型软件Pro/Engineer中建立某型号变速器的第一齿轮轴实体模型.根据有限元基本理论,建立该轴的有限元模型.最后在有限元分析系统MSC.Nastran中进行该轴的应力分析,得出应力应变.采用Pro/E和ADAMS/View的专用接口模块Mechanism/Pro实现两者之间的数据转换,最后仿真得出齿轮轴与从动齿轮的载荷曲线,其与理论计算值十分接近.有限元分析及动力仿真结果对进行齿轮轴的疲劳寿命预估提供了必须的数据,为进一步来预测服役齿轮轴的剩余寿命有着重要的作用.     

蠕变疲劳交互作用下裂纹萌生的有限元模拟

通过结合初始应力应变场与连续损伤力学理论以及单元失效和裂纹萌生准则,构建了蠕变-疲劳交互作用下裂纹萌生的预测模型,将模型编写为UMAT耦合到ABAQUS有限元分析软件中,实现了初始无缺陷结构蠕变-疲劳交互作用下裂纹萌生的有限元模拟,并分析了影响裂纹萌生寿命的因素.通过与线性累计损伤理论对比发现,裂纹萌生位置蠕变损伤和疲劳损伤具有相互促进作用,蠕变疲劳的交互作用使裂纹萌生寿命减小;蠕变和疲劳载荷加载顺序对损伤的累积具有很大影响,模拟发现承受蠕变载荷的结构在承受后续循环载荷下总损伤值更大,裂纹萌生寿命更短.     

龙门起重机金属焊接结构疲劳寿命分析

根据50 t×35 m龙门起重机的实际运行工况,对其金属焊接结构进行了有限元分析和动态仿真分析,得到了各种工况下的应力分布以及力-时间历程;把静态应力与力-时间历程相结合,计算出动态应力.在此基础上,利用国际焊接学会提供的疲劳寿命S-N曲线,对金属焊接结构进行疲劳寿命分析,得出其疲劳寿命分布云图.结果表明:柔性腿上部变截面处为疲劳薄弱部位,节点5031疲劳损伤最为严重,寿命为1.09×106次循环.     

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...     

焊接顺序对机械结构疲劳寿命影响研究

针对焊接机械结构中不可避免地产生焊接残余应力的现象,建立塔式起重机起重臂结构有限元模型,采用数值模拟的方法计算不同焊接顺序情况下焊接残余应力的大小,运用断裂力学知识分析焊接残余应力对结构疲劳强度的影响.计算结果表明:焊接顺序对结构焊接残余应力的分布及大小有着明显影响,交叉焊接并采用从中间向两端焊接产生的焊接残余应力较小;焊接残余应力降低结构的疲劳寿命,在塔式起重机生产制造过程中选择合理的焊接顺序,降低起重臂焊接残余应力,可提高其疲劳寿命.     

镁合金摩擦搅拌焊搭接接头疲劳寿命预测

研究了钩状尖端半径及有效厚度对镁合金摩擦搅拌焊搭接接头疲劳寿命的影响,建立了不同有效厚度及钩状尖端半径的有限元模型。利用有限元软件对其进行拉伸力学响应的模拟试验,分析在不同载荷下的接头局部应力应变分布,并利用疲劳损伤方程SWT和MC分别对其进行寿命预测。结果表明,应力集中主要位于钩状尖端周围,采用SWT疲劳方程对接头寿命预测结果会更加准确,且疲劳寿命随钩状尖端半径的增大而增大,随有效厚度的增加而增加。     

桥式起重机箱形梁焊接的数值模拟

针对起重机主梁盖板和腹板的箱形梁焊接残余应力及变形复杂等情况,采用有限元方法,选取分段移动串行热源模型、热力耦合及生死单元技术,进行了焊接应力场及变形的数值模拟。结果表明,所采用分段移动串行热源模型加载热载荷的方法,能够较好地模拟实际焊接过程中的热源移动情况,与普通高斯热源相比,网格数量及计算时间明显减少,且计算精度基本相同,模拟出的箱形梁焊接变形与理论分析基本吻合。     

GH4169缺口件多轴加载下应力应变场的有限元分析

采用GH4169缺口试件在650 ℃下进行了高温拉扭疲劳断裂试验,利用ANSYS 6 1 有限元分析软件计算试件缺口周围的应力应变场,确定出试件在各种载荷状况下的应力集中系数。计算结果表明,该有限元建模方式是合理的,为以后缺口件的寿命预测过程奠定了基础。     

井架结构的疲劳寿命预测及承载试验研究

为了计算在役JJ113/32型井架结构的承载力与剩余疲劳寿命,在现场对该井架进行了静、动态载荷测试。利用I-DEAS软件建立了有限元仿真模型,在测试钩载下二者的结果吻合较好,验证了模型的准确性。经综合分析,井架承载的薄弱杆件位于1号立柱的下部,承受的最大应力小于材料的极限应力值,满足原最大设计钩载的要求。对井架杆件的疲劳寿命的计算结果表明,该井架有较大的寿命安全系数,能够在服役期继续使用。     

起重机箱形主梁焊接接头的形式分析与探讨

针对桥式起重机桥架焊接接头的载荷特点,介绍了箱形主梁在焊接过程中的变形规律,展示了起重机箱形主梁中焊接接头的存在形式及受力特点。利用有限元仿真软件ANSYS对箱形主梁中应用广泛的T形接头进行了力学仿真分析,得出了T形接头在不同典型工况下的力学响应,力图优化起重机箱形主梁的焊接接头设计,为桥式起重机的焊接提供参考。     

考虑残余应力的焊接结构多轴疲劳准则

因随机波浪载荷及焊接残余应力的存在，海洋工程焊接结构的疲劳失效受多轴疲劳机理控制，然而目前的多轴疲劳准则对焊接残余应力关注较少，针对上述问题文中通过将不包含焊接残余应力的有限元计算应力场与焊接残余应力场线性叠加作为多轴疲劳寿命计算应力场，提出了一种基于临界面法的多轴疲劳寿命预测准则，通过对国际上已公开发表的疲劳试验数据进行有限元分析并与多轴疲劳准则MWCM对比，证明文中方法比MWCM具有更高的准确性，对于非比例载荷作用下的疲劳寿命预测效果尤为显著，同时证明了文中方法可以有效考虑焊接残余应力的影响.     

基于在线监测系统的桥式起重机主梁疲劳寿命估算

以某库房32 t×16.5 m桥式起重机为研究对象,提出了一种基于在线监测系统获取全程应力谱的新方法。在此基础上,结合材料的P-S-N曲线,考虑疲劳极限的模糊性,利用模糊累积损伤理论对主梁进行了疲劳寿命估算。结果表明:该桥式起重机主梁的剩余疲劳寿命为38.8年,为起重机的长期安全使用和后期维修提供可靠依据。     

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.     

未焊透焊缝疲劳寿命估算

未焊透是起重机焊缝中最常见的缺陷之一,采用有限元软件ANSYS对未焊透的起重机焊缝试件进行仿真,通过数据拟合获得修正后的未焊透缺陷应力强度因子的表达式。利用断裂力学经典理论,结合疲劳试验数据和仿真数据估算各试件的疲劳寿命,与实验结果进行比较,为起重机未焊透焊缝的疲劳寿命计算提供了一种新的方法和手段。     

基于ANSYS的斗齿疲劳寿命预测

疲劳破坏是斗轮堆取料机用斗齿在实际工况下主要的失效形式之一。通过有限元分析软件ANSYS建立斗齿的有限元模型,对其进行静力强度计算,得出斗齿在服役中的应力最大节点和应力集中区域。通过名义应力法并且结合ZGMn 13材料的S-N曲线,利用ANSYS中的Fatigue模块进行斗齿结构的疲劳寿命计算,预测其疲劳寿命,为斗齿的可靠性设计和结构优化提供依据。