基于ANSYS的电铲斗齿失效分析及改进措施

矿山挖掘电铲在工作过程中其斗齿受到矿石、砂土的冲击和摩擦,造成斗齿磨损严重,斗齿出现裂纹甚至断裂的情况时有发生。利用有限元软件ANSYS对其进行仿真受力分析,研究斗齿工作中的应力应变分布情况,为斗齿的结构优化设计和制造提供依据。     

先进高强钢冲压模具压边圈结构疲劳分析与优化

在车身结构件中大量采用先进高强钢,是实现汽车轻量化主要途径之一,同时也给模具强度和模具材料带来了新的挑战。基于ANSYS有限元软件平台,对拉深模冲压过程进行有限元仿真,获得了不同时刻压边圈结构应力分布状况。根据有限元分析的结果,对压边圈结构进行了疲劳分析,预测了压边圈结构的疲劳寿命。基于有限元分析和疲劳分析的结果,并结合工程设计经验对压边圈结构进行优化,有效地减小了冲压过程中的压边圈结构的应力,提高了压边圈疲劳寿命。     

基于平均等效应力强度因子的焊缝疲劳寿命预测

目前普遍应用的焊缝疲劳仿真分析方法主要有名义应力法和结构应力法,针对两种方法的应用局限性及未考虑剪切结构应力导致的预测精度不高等问题,提出了一种新的高精度焊缝疲劳寿命预测方法。该方法是以断裂力学为理论基础,通过有限元软件提取焊缝周围节点的节点力及力矩,并通过一系列计算得到整个裂纹扩展路径上的平均等效应力强度因子ΔKeq,并将其作为本文中焊缝疲劳寿命预测方法的评价参数。通过对DP800GI和HSLA350GI两种高强钢材料的搭接接头进行疲劳试验,并将ΔKeq与试验所得的疲劳寿命数据进行双对数回归分析,得到的一条主ΔKeq-N曲线作为焊缝的疲劳寿命预测曲线,并与目前的名义应力法和结构应力法进行预测精度对比,得出本文中的焊缝疲劳寿命预测方法的预测精度高于目前的名义应力法和结构应力法。     

轧辊热力耦合分析及疲劳寿命研究

以某热连轧机的工作轧辊作为研究对象,运用ANSYS/LS-DYNA显式动力分析软件建立了轧辊、支承辊以及轧件的三维有限元模型。考虑空冷、水冷和轧辊与轧件热传导的动态边界条件,计算了轧辊的温度场。结合其温度场进行了3D热力耦合分析,得到轧辊耦合应力变化规律。在此基础上运用ANSYS软件后处理疲劳计算模块对轧辊的疲劳寿命进行了计算,得到了轧辊表面疲劳寿命为10.8 h。这与实际生产过程轧辊的磨削时间相符。     

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...     

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ANSYS/FE-SAFE的快速地铁车辆一系钢圆弹簧疲劳寿命分析

以某快速地铁车辆的一系钢圆弹簧为研究对象,开展疲劳寿命预测分析。通过有限元软件ANSYS建立一系钢圆弹簧模型,分析它在最大工作载荷下的应力分布;通过动力学分析软件SIMPACK建立快速地铁车辆模型,得出弹簧在纵向、横向和垂向振动位移时间历程;基于Miner线性疲劳损伤理论,以一系钢圆弹簧的应力和载荷谱为输入,结合疲劳寿命分析软件FE-SAFE对一系钢圆弹簧进行疲劳寿命计算。结果表明:快速地铁车辆一系钢圆弹簧第二圈内侧为应力最大部位,最大应力1294.19 MPa,疲劳寿命约为1945942次,符合某快速地铁车辆一系钢圆弹簧实际情况。     

传动片冲裁凸模所受应力与疲劳寿命的研究

以汽车离合器中的弹性零件传动片为研究对象,建立传动片冲裁凸模疲劳分析的有限元模型,利用ANSYS Workbench有限元软件模拟了传动片冲裁凸模的应力分布状况及疲劳寿命。数值模拟结果表明,采用结构改善后的凸模,使得过渡圆角区域的最大应力值由1109.2 MPa减小为1058.6 MPa,凸模的疲劳寿命由75715次提高到120400次。借助冲压级进模得知,结构改善后冲裁凸模的疲劳寿命试验值为107493次,与模拟值之间的相对误差为10.72%,从而验证了数值模拟的正确性。此外,基于改善后凸模结构对传动片冲裁凸模进行标准化,其对企业传动片冲压级进模的设计具有重要的指导意义。     

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。     

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.     

超高强钢焊点的强度与寿命研究

以超高强钢22Mn B5搭接型点焊结构为研究对象,通过建立与试验一样的点焊结构力学模型,在ANSYS中进行数值仿真,得到塑性环是点焊结构的强度和疲劳寿命的破坏初始点。同时,分析了不同参量变化对点焊结构强度的影响。又通过名义应力法和等效结构应力法对焊点的强度进行计算,前者算法精度相对较高,也得到塑性环是点焊结构失效的起裂处,并使用名义应力法,得到点焊结构的参量变化对疲劳寿命的影响程度,为点焊结构的设计提供参考。     

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。     

高压绕丝筒体预紧系数及绕丝截面研究

主要研究不同预紧系数下超高压绕丝式容器绕丝截面类型对其疲劳寿命的影响。首先基于第三强度理论计算筒体等效应力最小预紧系数η_p,并在大于η_p基础上等差选取5个预紧系数,分别计算出相应的筒体尺寸,研究预紧系数对筒体尺寸的影响;其次建立绕丝筒体结构三维有限元模型,其中针对3种钢丝截面(扁形,圆形,菱形),按照等剪应力缠绕方式计算各层预紧力,通过等效温度应变施加该预紧力,并考虑层间摩擦力的影响;最后使用ANSYS Workbench数值求解预紧和工作状态的应力分布,利用Paris公式对绕丝筒体疲劳性能进行分析。结果表明:增大预紧系数虽可提高该筒体结构的疲劳寿命,但将导致筒体尺寸的增加;从疲劳性能考虑,菱形截面优于扁带形截面,扁带形截面优于圆形截面。     

基于ANSYS/FE-safe的桥式起重主梁疲劳寿命分析

为研究桥式起重机箱型主梁的在随机疲劳载荷下的疲劳特性,采用有限元软件,对其在五种典型工况下结构的静力特性进行了分析。分析结果显示,该主梁结构在其1/2跨附近的腹板与下盖板角焊缝处以及横向加筋板与腹板连接处焊趾处两个位置易产生应力集中,形成疲劳裂纹。采用多载荷步瞬态分析的方法确定该起重机主梁在完整工作循环下的应力热点区域关键节点的应力变化曲线及相应的载荷谱。基于有限元分析结果,利用FE-safe软件计算其在各载荷时间历程下的疲劳寿命分析,并结合统计数据估算其疲劳寿命。     

基于Battelle结构应力法的对接接头应力集中系数回归分析

以12 mm厚的S355J2W+N耐候钢板对接焊接接头为研究对象,进行不同应力水平下的疲劳试验,将试验结果与Battelle结构应力法的主S-N曲线进行对比,验证了Battelle结构应力法在预测焊接结构寿命方面的准确性;采用有限元方法,以焊缝宽度和焊缝余高为变量,探究几何尺寸变化对焊趾部位结构应力集中系数的影响规律,并通过回归分析得出该试验条件下焊趾处结构应力集中系数的经验方程;利用该方程可快速通过接头尺寸计算得出焊趾部位的结构应力,进而对接头疲劳寿命进行大致预测,可为同类对接接头疲劳试验提供参考。     

基于结构应力法的环焊结构S-N曲线分析

工程上多采用△F-N曲线来预测环焊的疲劳寿命,但耗时费力且不具普适性,为改进上述不足,提出了一种环焊试件疲劳寿命评估的S-N曲线.采用多种试件进行拉剪疲劳试验得到疲劳寿命,利用壳单元、梁单元以及刚性rigid单元建立环焊有限元模型,根据结构应力法计算拉剪载荷下环焊结构应力,以焊核处的应力范围△σ_s为纵坐标,试验寿命N为横坐标,采用两参数对数模型,以最小二乘法对疲劳数据线性拟合得到环焊疲劳寿命评估的S-N曲线方程.结果表明,数据点大都位于5倍寿命范围内,其预测寿命较为接近试验真实寿命,能够为环焊结构的寿命预测提供一定的参考.     

高频破碎器主轴应力分析及结构优化

主轴作为高频破碎器的关键部件对于力的传递以及使用寿命具有重要的影响。为了使高频破碎器的主轴部件具有强度高、变形小、寿命长等特点,首先根据某厂现有的60型高频破碎器的实际工况,计算出主轴受力的大小;其次根据高频破碎器的主轴结构特征,应用ANSYS Workbench有限元分析软件对其进行静力分析,通过静态应力分析、疲劳寿命分析发现主轴存在断裂失效的可能;最后结合Response Surface模块,通过改变轴肩处倒角的大小以及增加卸载槽对主轴进行结构优化。结果表明,主轴轴肩处应力降低了57%,疲劳寿命提高了183.9%,对于提高高频破碎器的使用寿命具有一定的实际意义。     

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.     

高强钢冲压凸模疲劳寿命分析及结构优化设计

高强度钢板具有更高的强度和良好的成形性能,但在实际生产中模具容易损坏。为了解决这个问题,使用通用动力分析求解器LS-DYNA对拉延过程进行了仿真,获得了不同时刻凸模应力-应变分布情况。根据有限元分析结果,运用ANSYS的FATIGUE模块对凸模进行了疲劳分析,获得了凸模的疲劳寿命。基于疲劳寿命分析结果,结合实际设计和制造经验,运用HYPERWORKS的OPTISTRUCT模块对凸模结构进行了拓扑优化设计。在满足使用寿命的前提下,能有效减小凸模的重量及冲压过程中的峰值应力。这能为同类型高强钢冲压凸模设计提供参考。     

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.