基于RecurDyn的多工况下的尼龙蜗轮疲劳性能研究

汽车转向系统中尼龙蜗轮的齿根弯曲疲劳失效是其主要失效模式。基于Hertz接触理论和以共旋坐标法为基础的增量有限元法,在多体动力学软件RecurDyn中建立蜗轮蜗杆非线性瞬态动力学模型,并根据试验要求的多工况加载条件,对其进行应力分析和疲劳寿命分析,可以精确地得到尼龙蜗轮齿根处在各加载工况的瞬态应力值,进而研究尼龙蜗轮在相应时间历程下的疲劳寿命。仿真分析结果与试验疲劳寿命对比分析表明,当动力学模型和疲劳损伤模型满足一定准确度要求时,可以利用RecurDyn快速、精确地获取尼龙蜗轮多工况动态加载下的疲劳寿命。该疲劳性能研究方法为后续汽车转向系统中蜗轮蜗杆的设计及疲劳寿命分析提供了模型和理论依据。     

超速预加载对叶轮疲劳性能的影响

超速预加载是叶轮制造过程中的重要环节,它不仅仅是检验叶轮质量的手段,更是一种巧妙的工艺过程。通过建立叶轮的有限元模型并对超速预加载工艺过程进行模拟分析,以阐释其中的力学原理。首先对半开式叶轮进行弹塑性分析,结果表明,叶轮在经过超速预加载处理后会在高应力区产生残余应力,使得其在正常工况下的最大应力有所降低;随后利用FE-SAFE分别对半开式叶轮在启停和转速小幅波动两种工况下的疲劳寿命进行分析,通过对比有无超速预加载处理的结果得知,超速预加载处理会在很大程度上提升叶轮的疲劳寿命,甚至可以避免疲劳破坏的发生;最后,对多种荷载作用下的闭式叶轮进行了疲劳分析,结果显示超速预加载处理之后的闭式叶轮可以抵抗更大的交变气动载荷而不会出现疲劳破坏。     

加载频率对1Cr11Ni20Ti2B钢板材疲劳寿命的影响

为探索加载频率对轴向加载(应力)疲劳寿命的影响，在高频疲劳试验机和电液伺服疲劳试验机上分别对1Cr11Ni20Ti2B钢板材进行了不同应力水平下的疲劳断裂寿命测试，同时在相同应力水平下分别在两台试验机以不同的加载频率进行了断裂寿命对比试验。结果表明，随着加载频率的降低，断裂寿命将缩短，但频率在20～135Hz范围内时，加载频率对疲劳断裂寿命影响不显著，在不同频率下测试的断裂寿命可以描述在同一条寿命曲线上。     

多轴随机应变加载下铝合金缺口件有限元分析及寿命预测

在应变控制下对7075-T7451铝合金实心棒带U型环状缺口试件进行拉—扭比例、非比例恒幅和随机加载疲劳试验。查明名义剪切应力最大值与轴向应力最大值的下降规律,并用两者最先开始下降时的循环数比值来评估裂纹萌生寿命。利用弹塑性有限元法分析不同加载条件下试件缺口根部的循环应力、应变响应。基于有限元计算得到的应力、应变结果,采用拉伸型多轴疲劳损伤模型预测随机加载条件下缺口试件的疲劳裂纹萌生寿命,计算结果与试验得到的寿命比较吻合。     

发动机平衡轴壳体结构分析及优化

针对某四缸发动机平衡轴壳体在发动机台架试验时出现断裂的问题,基于建立的平衡轴总成三维模型,对平衡轴总成进行了模态分析,得到了壳体1～6阶模态频率;以多体动力学分析得到的壳体受力作为边界条件,对平衡轴壳体进行了强度及疲劳分析,得到了壳体4种加载工况下的应力分布规律,应力值最大加载工况下壳体的疲劳寿命和安全系数;确定了壳体...     

焊接残余应力对桥壳疲劳寿命的影响研究

桥壳作为驱动桥的核心零部件,其疲劳寿命对驱动桥乃至整车安全性有决定性的影响,对于制造过程中使用焊接工艺的桥壳,焊接残余应力的影响不容忽略。以某商用车驱动桥桥壳为研究对象,在获得其焊接残余应力分布的基础上,分析焊接残余应力对桥壳在静态载荷和动态循环载荷工况下应力应变响应的影响。使用应变-寿命分析方法对桥壳在弯曲疲劳试验工况下的寿命进行预测,并与台架试验结果进行对比,结果表明考虑焊接残余应力时,疲劳寿命次数和破坏位置的预测结果与试验结果吻合较好,验证桥壳疲劳寿命预测模型的准确性。与不考虑焊接残余应力的模型相比,焊接残余应力导致桥壳疲劳寿命次数降低,且失效位置不同,说明了疲劳寿命预测时考虑焊接残余应力的必要性。本文方法可推广应用于含有焊接残余应力的结构疲劳寿命预测,为结构优化设计提供指导。     

梁框三维实体单元与板壳单元的组合建模研究

在Patran全机有限元模型中将梁框的分析部位离散为三维实体单元,其余部分离散为板壳单元,这两种单元采用几种不同的方式连接。在全机有限元模型中施加109种疲劳载荷工况分析计算,提取出梁框分析部位的计算结果组成疲劳应力谱,并将疲劳应力谱转化为R=-1的等效应力谱,采用Miner累积损伤理论估计出分析部位的疲劳寿命,比较不同连接方式对疲劳寿命的影响。结果表明梁框三维实体单元与板壳单元的连接方式不同对各工况的疲劳应力值影响较小,对分析部位的疲劳寿命影响较大。     

基于Hull-Rimmer理论的应变强化奥氏体不锈钢高温疲劳寿命预测方法

以S31603奥氏体不锈钢材料为研究对象,开展应力控制下的高温疲劳试验,获得固溶态和经不同应变强化量预处理的S31603奥氏体不锈钢高温疲劳寿命试验数据。基于Hull-Rimmer空洞长大理论,建立适用于应力控制下的材料疲劳寿命预测模型,并对固溶态和应变强化态S31603奥氏体不锈钢进行寿命预测,预测结果与试验值吻合较好。在此基础上,结合不同应变强化量下材料的疲劳寿命变化趋势,进一步建立耦合应变强化预处理量的材料疲劳寿命预测模型。与实测寿命相比,预测寿命位于±1.5倍误差带之内,预测效果良好。建立的高温应力控制下的材料疲劳寿命预测模型形式简洁且具有清晰明确的物理意义,可用于应力加载下金属材料的高温疲劳寿命预测。     

刮板输送机链轮力学特性及疲劳寿命预测

为了研究不同工况下链轮力学特性和疲劳寿命,采用Ansys Workbench建立链传动系统的动力学模型,并进行瞬态动力学仿真;采用n Code Glyp Works中的Rainflow模块对提取危险区域最大等效应力时间历程进行雨流计数、载荷外推和叠加;采用n Code Glyp Works中的Stress Life模块对链轮进行疲劳寿命计算和敏感性分析。分析得到不同工况下链轮等效应力云图和最大等效应力时间历程、外推和叠加后雨流直方图、链轮损伤直方图以及不同输入参数下的链轮最小疲劳寿命曲线图和柱形图。研究结果表明:该型号链轮具有良好的力学性能,链轮的最小疲劳寿命约为110天,过载、残余应力、表面质量和平均应力修正方法均对链轮的使用寿命具有明显的影响。     

振动环境下焊缝疲劳寿命的预测及分析

根据名义应力法,对某结构焊缝在振动环境下的疲劳寿命进行了预测,并对影响焊缝疲劳寿命的因素进行了分析。使用振动台模拟真实振动工况环境,并得到对接焊缝不同焊点在此模拟振动环境下的应力—时间曲线。首先,应用雨流计数法得到各级应力的循环次数;然后,以BS7608标准中提供的焊缝S-N曲线为依据求得各级应力下焊缝的疲劳寿命;最后,根据Miner线性累积损伤理论预测各焊点的疲劳寿命并分析影响焊缝疲劳寿命的主要因素。分析结果表明:焊缝的存在降低了构件的疲劳寿命,且焊缝焊点的位值及余高的存在影响了焊缝的疲劳寿命。此分析结果与工程实际中对接焊缝的断裂情况相吻合,证明了此焊缝疲劳寿命预测方法的正确性。     

采煤机行走轮疲劳寿命仿真研究

通过对采煤机的行走轮进行三维建模和对材料的特性分析,应用有限元软件ANSYS模拟某型号采煤机行走部行走轮在正常工作环境和单轮受力工作环境两种工况载荷下的受力情况,进行有限元分析找出应力最大处,并分别对两种工况下材料的的疲劳寿命进行仿真分析。仿真结果表明:采煤机行走轮运行同步性为行走轮疲劳寿命的主要影响因素,优化键槽的形状和位置,可以改善轮齿的疲劳寿命,同时可根据计算的S-N曲线进行加载,从而缩短疲劳寿命的时间,为实际工作和实验研究提供有价值的理论依据。     

起重机用Q355钢母材与焊接接头试件拉压扭转疲劳性能研究

文中选取4级应力水平,在应力比R=-1的情况下开展Q355钢母材和焊接接头试件的单轴拉压及扭转疲劳试验,每级应力下进行3个试样,得到不同应力水平的疲劳寿命,绘制出不同加载条件下的应力-寿命（S-N）散点图。另外,分别采用Basquin模型、指数模型和三参数幂函数模型对S-N散点进行分析,得到不同模型对于试验数据的拟合结果,为材料的工程应用提供了参考依据。     

复杂载荷作用下压气机叶片疲劳寿命数值分析

为提高叶片服役寿命,在计算叶片应力分布并预测其在复杂载荷作用下的疲劳寿命后,基于逆向工程建立了三种不同精度的叶片模型;考虑离心和气动载荷作用,求解压气机叶片复合载荷作用下的应力分布规律;通过叶片模拟件疲劳试验,确定TC4钛合金疲劳极限,拟合寿命模型参数;利用非线性连续损伤力学模型预测叶片在典型工况下的疲劳寿命。结果表明：不同模型的应力及寿命计算值存在一定差异,开展叶片数值分析时,需考虑计算模型还原叶片几何特征的精度对计算结果的影响。     

应力场强法在多轴疲劳寿命估算中的应用

将预测疲劳寿命的方法－－应力场强法理论初步应用到单轴加载和多轴加载下的疲劳寿命估算。同时，对于单轴加载和多轴比例加载给出预测算例，并与其试验结果进行对比，结果表明应力场强法是一种较好的预测多轴疲劳寿命的方法。     

循环系数修正的膜片弹簧疲劳寿命分析

基于有限元精确应力结果运用循环系数修正的疲劳积累理论对膜片弹簧寿命分析,并讨论工作位置对寿命影响。对膜片弹簧大端加载有限元分析,验证有限元算法精确性;对膜片弹簧疲劳测试工况应力分析,剔除预紧与松紧过程应力,运用基于应力控制的疲劳损伤理论,并用循环系数修法正对其修,对膜片弹簧疲劳寿命分析。借助Ncode Designlife平台Time Step模块,通过计算方法获得零件疲劳危险点位置,与以往实验一致,且与疲劳测试相符。精度较以往计算有较大提高,且该方法可用于所有周期性工作零件疲劳寿命预测。讨论了工作位置对膜片弹簧影响,当工作位置位于极大值点与拐点之间并尽量远离拐点时,膜片弹簧既能发挥其非线性弹性特性,又能保持较高的疲劳寿命。     

基于加速度信号的悬置螺栓疲劳寿命研究

零件在实验工况下所受应力数据对预测其疲劳寿命至关重要。针对发动机悬置螺栓等无法通过应变片传感器直接得到载荷数据的部位,提出一种基于加速度信号的悬置螺栓疲劳寿命估计方法。通过宏观断口及力学模型分析,明确了在不同工况下造成悬置螺栓疲劳失效的主要矢量载荷与加速度载荷的转换关系。结合悬置螺栓S-N曲线,计算出不同工况下由加速度引起的弯矩和拉压波动载荷的时间历程,并进行了发动机悬置螺栓的疲劳损伤计算,从而形成了一种复杂载荷下的发动机悬置螺栓疲劳寿命分析方法。最后基于悬置螺栓在两种道路的应力载荷谱所分别对应的疲劳寿命,建立起了针对悬置螺栓的道路间的当量关系。     

风电叶片螺栓套疲劳试验机支架寿命分析

以风电叶片螺栓套试验机支架为研究对象,通过有限元分析和试验研究的方法,对螺栓套疲劳试验机加载支架的疲劳寿命进行研究。首先,根据实际工况的要求,对试验机支架进行建模并通过Solid Works Simulation组件对支架进行静力分析。然后,采用名义应力法对支架后梁结构的疲劳寿命进行计算并采用Solid Works Simulation组件对支架后梁结构进行疲劳分析。最后,通过疲劳试验对试验机支架的抗疲劳特性进行试验验证。研究结果表明,在有限元分析的基础上,采用名义应力法能够对风电叶片螺栓套试验机加载支架的疲劳寿命进行有效估算,为风电叶片螺栓套疲劳试验机的设计与应用提供理论基础。     

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。     

焊接结构件疲劳寿命试验方法比较研究

以某现役高速列车车体局部结构为研究对象,应用有限元软件建立对应于试验条件下受试试件的静力学模型,计算得到不同加载形式下构件危险部位的应力分布;在实验室中,对取自相同焊接部位的不同形式的试件(板试样和T型试样)分别进行单轴拉伸疲劳和弯曲疲劳寿命测试,获得各自的寿命分布及其特征统计量。对比两种试样危险部位的应力分布和试验数据可知:在两种不同形式的试件、两种不同加载方式的试验中,合理选择加载参数,可以得到相近的失效部位和应力-寿命参数。     

风力发电机组齿轮箱弹性支撑橡胶疲劳寿命分析

针对风力发电机组齿轮箱弹性支撑疲劳寿命预测问题,将数值仿真技术应用到了橡胶疲劳分析中。使用橡胶模型参数建立了轴瓦弹性支撑有限元模型,进行了静刚度试验,通过对比发现了仿真结果与试验结果比较符合;选定疲劳损伤模型,进行了橡胶材料的疲劳寿命测试,拟合了模型参数;在风电机组设计载荷下,开展了齿轮箱弹性支撑橡胶的疲劳损伤分析,提出了多轴变载工况下橡胶疲劳分析方法,将疲劳载荷时序加载转换成位移时序加载,计算了时序疲劳载荷损伤和等效疲劳损伤,得到了弹性支撑在不同部位疲劳损伤分布情况。研究结果表明:时序疲劳载荷相对等效疲劳载荷对橡胶的疲劳损伤更大,实际疲劳校核应按时序疲劳载荷进行。