基于长裂纹扩展阈值的渗碳Cr-Ni合金钢超高周疲劳极限评估

文章旨在构建渗碳Cr-Ni合金钢的超高周疲劳极限预测模型。在两种应力比下对渗碳Cr-Ni合金钢开展超高周疲劳试验,结果表明,渗碳Cr-Ni合金钢的S-N特性呈现持续下降的趋势。通过扫描电镜对断口表面裂纹形貌的观测,当疲劳寿命低于5×10⁵周次时,表面失效是疲劳试样主要失效形式,当寿命高于1×10⁶周次时,内部夹杂-FGA-鱼眼诱发失效成为渗碳Cr-Ni合金钢的主要失效方式。利用裂纹扩展阈值对FGA尺寸进行了评估,结合El-Haddad模型,构建了基于长裂纹扩展应力强度因子阈值的疲劳极限预测模型。与他人模型预测的疲劳极限对比,得出构建的阈值应力模型预测的疲劳极限误差最小,预测结果更保守。     

基于nCode Design-Life的重型起重设备疲劳寿命预测研究

为研究重型起重设备的疲劳损伤和寿命,以门式起重机为算例建立有限元模型,通过有限元静力学分析,最大等效应力位于跨中受拉区,得出门式起重机强度和刚度满足要求。采用nCode Design-Life疲劳仿真软件利用S-N疲劳设计方法对有限元静力学特性和疲劳损伤进行分析,得到门式起重机疲劳寿命分布云图和疲劳损伤云图,其最小寿命满足工程要求。为了研究载荷变化对起重机寿命的影响,通过改变载荷缩放因子来改变时间载荷序列的大小,对比分析载荷变化后的寿命情况,得出随机载荷减小门式起重机寿命大大增加,过载对门式起重机的疲劳寿命有显著的影响。     

某重型自卸车不同工况下车架的疲劳寿命分析

为研究某重型电动轮自卸车车架疲劳寿命,根据其实际作业情况,采用惯性释放法对车架进行了各工况的有限元静力学分析。在此基础上通过准静态应力分析获得了车架关键部位应力响应因子,结合车架材料的S-N曲线。根据线性累积损伤理论及各工况载荷比重对车架进行了全寿命分析,并估算了车架总的疲劳寿命。结果表明:各工况的最大应力均未超出车架材料的屈服极限,应力的仿真数值和试验值误差在12%内,满足静强度要求。满载状态下车架的疲劳寿命大于16 814 h,基本能满足使用寿命要求。     

循环载荷下热疲劳裂纹的应力强度因子

为揭示循环温度载荷对热疲劳裂纹应力强度因子的影响规律,考虑材料的多线性塑性随动强化性质,用有限元法计算多种循环载荷作用下裂尖点的应力-应变和热疲劳裂纹的应力强度因子。该应力强度因子值由裂尖附近压缩塑性应变的累积量决定。压缩塑性应变对温度载荷的作用次序敏感,因此应力强度因子也受到温度载荷的作用次序的影响。恒温度幅循环条件下,如果不考虑裂纹扩展,热疲劳裂纹的应力强度因子不随循环次数变化。变温度幅循环条件下,低温循环不会影响其后的高温循环应力强度因子;高温循环却影响其后的低温循环应力强度因子,并使得低温循环的应力强度因子与高温循环的应力强度因子相同,因此突发的高温载荷严重威胁高温构件的寿命。热疲劳裂纹扩展试验证明了有限元计算结果的正确性。     

矿井高低压转换装置主控承载筒体与联接螺栓疲劳寿命计算

高低压转换装置的筒体和联接螺栓长期受到交变载荷以及管壁高压水流的影响,很容易出现疲劳,产生裂纹甚至断裂。文中对高低压转换装置在两种不同的工况条件下的筒体与联接螺栓部位进行有限元应力分析,找出应力集中最大的部位,即可能发生疲劳损伤最严重的部位,计算出此处筒体和联接螺栓的疲劳寿命并验证是否满足使用要求。这为高低压转换装置的正常检查、维修和进一步的优化改进提供理论依据。     

新型双叶片旋转臂的设计与研究

设计了一种材料为TC-11钛合金的大直径高转速新型双叶片旋转臂结构,其外形采用儒可夫斯基对称翼型,实现了零升力和低阻力.利用ANSYS Workbench对旋转臂进行静力学分析,满足强度要求。在静力学分析的基础上对旋转臂做了疲劳分析,估算了旋转臂的寿命,结果满足旋转臂设计寿命要求;通过分析敏感特性曲线得出疲劳寿命随应力而变化,应力越大,疲劳寿命越小;旋转臂的整体安全系数比较大,比较安全。研究成果表明了该新型旋转臂结构设计方案是可行的,为今后旋转臂的结构改进提供了必要的技术依据。     

基于CAE与试验对标方法的汽车车轮研究

汽车轮辋是行驶系中的关键安全运动件,为了提高汽车轮辋设计的可靠性,建立其有限元模型,并基于有限元法和试验方法对其进行模态分析,分析结果表明,误差在5%以内,验证了CAE方法具有较高的精度。基于该有限元模型进行了静力强度分析和疲劳寿命分析,分析结果表明,最大应力出现在辐条减重孔边缘,最大应力值为338.5 MPa,最小寿命为2.328×10⁶次,满足设计要求。该研究为同类产品的设计开发提供了一套系统的方法和参考。     

疲劳裂纹扩展中停留机制的考察

采用高精度局部柔度测量技术,对结构钢SM400进行两种阶梯式变载条件下的疲劳试验,考察疲劳裂纹扩展中迟滞回线的形态变化与裂纹停留的关系.基于循环载荷中柔度变化与裂纹开闭口以及裂纹尖端附近应力分布的关系,讨论不同载荷方式下裂纹停留的形成机制.结果表明,裂纹停留意味着循环加载过程中裂纹尖端既不形成拉伸塑性区,也不形成压缩塑性区.疲劳裂纹停留在最大载荷时的裂纹形态有"裂尖锐型"和"裂尖钝型".基于最大载荷和最小载荷后残留在裂纹表面的拉伸变形层确定载荷FRCPG和FRPG,能够获悉在最大和最小载荷时出现塑性区引起裂纹扩展的等价波形,可用于随机载荷波形的计数,为发展工程结构的剩余寿命预测提供一种理论依据.     

基于载荷谱的三峡升船机齿条疲劳寿命评估

针对三峡升船机齿轮齿条在全寿命周期内可能面临疲劳失效的问题，基于驱动电动机以及同步轴转矩计算出的齿轮齿条载荷，构建了包含受力齿面、载荷循环次数的齿条载荷谱；结合齿条的S-N曲线、Miner线性累积损伤准则，计算了齿条在设计寿命35年内的损伤度及剩余疲劳寿命。此外，采用累积迭代法计算了齿条的接触、弯曲安全系数，实现了齿条实际载荷与设计载荷下安全系数的相互对比与运行安全性能验证。研究表明，齿条上齿面的啮合次数较多，其概率为73.03%；在设计寿命内，齿条上齿面的接触疲劳总损伤度为1.65×10^-12，按载荷谱的总循环次数为1.87×10¹⁷；齿条上齿面的弯曲疲劳总损伤度为8.15×10^-14，按载荷谱的总循环次数为3.78×10¹⁸，齿条在设计寿命35年后具有很长的剩余疲劳寿命；齿条的接触安全系数SH=2.958，弯曲安全系数SF=8.106，均大于所选取的较高可靠度下的最小安全系数与设计载荷下的计算安全系数，升船机齿条的安全裕量充足。研究丰富了超大模数齿轮齿条疲劳寿命领域的相关研究，为三峡升船机的运行...     

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。     

桥式起重机有限元分析和疲劳寿命研究

以某180 t×24.85 m冶金桥式起重机为对象,应用有限元分析软件Ansys研究桥架的变形和应力分布状态,并与现场测试结果进行对比分析。结果表明,该起重机的最大挠度、静态Von Mises等效应力和第一阶固有频率均符合起重机设计规范要求。通过无损探伤发现桥架北主梁的下盖板上有裂纹,应用有限元分析和损伤容限设计对起重机裂纹的疲劳寿命进行研究,其分析数据可为起重机的日常维护检修和安全评估提供参考。     

预应力混凝土旧吊车梁疲劳及承载性能评估

某机械制造厂有预应力混凝土旧吊车梁数十根。为检验这批旧吊车梁能否继续使用,对两根锈蚀程度较严重的吊车梁进行疲劳强度试验和静力荷载试验。试验结果表明:在2×10⁶次疲劳荷载下,旧吊车梁仍处于弹性工作阶段;在静力荷载作用下,旧吊车梁承载力满足正常工作要求且具有良好的延性,达到破坏荷载时端部的预应力锚具状态完好。     

随机载荷作用下微车车身结构疲劳寿命仿真分析

以微型车车身结构为研究对象,合理简化结构后建立车身有限元模型,确定载荷形式后,对车身进行静应力分析。以应力分析计算结果为基础,在动力学软件中计算获取车身承受的随机载荷,结合材料的S-N曲线和线性累积损伤理论,运用Goodman平均应力修正法,对车体进行全寿命疲劳分析,根据车身疲劳分析结果可知,该微型车车身结构疲劳寿命满足强度和疲劳性能要求。     

铸件切割打磨机器人工作臂关键部件有限元分析

为保证铸件切割打磨机器人工作臂关键部件强度和零件材料选择的合理性,运用ANSYS Workbench软件对铸件切割打磨机器人工作臂关键部件进行静力学分析,有限元分析结果表明:砂轮切削打磨装置进行曲面切削打磨,承受左三向力极限载荷时,最大位移变形量为0.29332mm,发生在打磨头;最大等效应力为85.45MPa,发生在打磨头与打磨头固定位置左上侧,即结构强度和刚度满足砂轮切削打磨装置工作要求,为铸件切割打磨机器人结构设计和强度校核提供了参考。     

Characterization of fretting fatigue crack initiation processes in CR Ti–6Al–4V

A study was conducted to quantify fretting fatigue damage and to evaluate the residual fatigue strength of specimens subjected to a range of fretting fatigue test conditions. Flat Ti–6Al–4V specimens were tested against flat Ti–6Al–4V fretting pads with blending radii at the edges of contact. Fretting fatigue damage for two combinations of static average clamping stress and applied axial stress was investigated for two percentages of total life. Accumulated damage was characterized using full field surface roughness evaluation and scanning electron microscopy (SEM). The effect of fretting fatigue on uniaxial fatigue strength was quantified by interrupting fretting fatigue tests, and conducting uniaxial residual fatigue strength tests at R=0.5 at 300 Hz. Results from the residual fatigue strength tests were correlated with characterization results.While surface roughness measurements, evaluated in terms of asperity height and asperity spacing, reflected changes in the specimen surfaces as a result of fretting fatigue cycling, those changes did not correspond to decreases in residual fatigue strength. Neither means of evaluating surface roughness was able to identify cracks observed during SEM characterization. Residual fatigue strength decreased only in the presence of fretting fatigue cracks with surface lengths of 150 μm or greater, regardless of contact condition or number of applied fretting fatigue cycles. No cracks were observed on specimens tested at the lower stress condition. Threshold stress intensity factors were calculated for cracks identified during SEM characterization. The resulting values were consistent with the threshold identified for naturally initiated cracks that were stress relieved to remove load history effects.     

Fatigue strength depending on position of cracks for weldments

This is a study of fatigue strength of weld deposits with transverse cracks in plate up to 50 mm thick. It is concerned with the fatigue properties of welds already with transverse cracks. A previous study of transverse crack occurrence, location and microstructure in accordance with welding conditions was published in the Welding Journal (Lee et al., 1998). A fatigue crack develops as a result of stress concentration and extends with each load cycle until fatigue occurs, or until the cyclic loads are transferred to redundant members. The fatigue performance of a member is more dependent on the localized state of stress than the static strength of the base metal or the weld metal. Fatigue specimens were machined to have transverse cracks located on the surface and inside the specimen. Evaluation of fatigue strength depending on location of transverse cracks was then performed. When transverse cracks were propagated in a quarter-or half-circle shape, the specimen broke at low cycle in the presence of a surface crack. However, when the crack was inside the specimen, it propagated in a circular or elliptical shape and the specimen showed high fatigue strength, enough to reach the fatigue limit within tolerance of design stresses.     

一种地铁ATC天线支架结构改进设计

分析了地铁ATC天线安装支架焊缝出现开裂和动应力较大现象的主要影响因素。采取改进设计ATC天线安装支架结构的方式,降低焊缝区域应力,提高ATC天线安装支架疲劳寿命。运用ANSYS进行了静强度和疲劳强度计算,根据静强度应力云图和疲劳强度Goodman曲线进行对比分析。分析结果表明:在同样加载条件下,改进后的ATC天线安装支架焊缝出现开裂和动应力较大处的最大应力大为改善。     

道岔侧板变形装置刚柔耦合动力学仿真分析

考虑电动推杆的推力、车辆通过时的离心力以及各构件间的相互作用,结合基于有限元法的柔性体模态计算,建立了轻轨道岔的侧板变形装置的刚柔耦合动力学模型,采用ADAMS软件对该装置进行多体动力学仿真计算,得出各构件的载荷、位移时间历程以及侧板和凸轮组的应力云图,可为道岔侧板变形装置的结构设计提供理论依据。     

基于Battelle热点应力法的轻量化桥式起重机主梁焊缝疲劳分析

以额定起重量为5 t的轻量化桥式起重机主梁为研究对象,以主梁疲劳试验数据结果为验证依据,预测主梁焊缝的疲劳寿命,建立了包括焊缝的主梁有限元实体模型,按照试验载荷工况对其进行静强度分析,在静强度满足要求的前提下,运用Fe-safe软件中以Battelle热点应力为核心技术开发的Verity模块对主梁焊缝进行疲劳强度分析,分析结果表明,轻量化后的主梁焊缝疲劳强度可满足使用要求,结果可靠,具有较好的可信性。文中采用的分析方法可直接应用于类似结构的焊缝疲劳分析。     

基于Ansys Workbench的起重机移动平台分析

根据起重机移动平台的需求指标,建立三维实体模型,通过AnsysWorkbench分析软件,对移动平台进行实际工况下的静力学分析和模态分析,通过静力学分析可以显示出整个移动平台的应力及变形情况,结果显示其强度和刚度均满足设计指标要求;通过模态分析,为电机选型及运输起重机的规格型号提供了依据和参考。