U形波纹管疲劳寿命有限元分析

运用ANSYS有限元软件对波纹管进行应力分析,得出波纹管应力集中位置,借助Fatigue tool模块,采用E—N方法进行疲劳寿命分析,得到波纹管的疲劳寿命分布。有限元分析结果与经验公式及试验结果的比较,得出有限元模拟结果比经验公式更加接近试验结果。最后指出了在进行波纹管疲劳寿命有限元分析过程中需要注意的问题。     

基于应力分析的车载低温绝热LNG气瓶的结构优化和疲劳寿命研究北大核心CSCD

为了使车载低温绝热LNG气瓶在服役周期内安全运行,对车载低温绝热LNG气瓶整体结构开展了各典型工况下的强度分析、结构优化和疲劳寿命预测,完成了车载低温绝热LNG气瓶整体结构在5 g冲击下的全流程安全性评价。仿真分析了车载低温绝热LNG气瓶整体结构在6种典型工况下的应力并对结构不连续处进行应力评定,基于整体结构的应力分析对后支撑结构进行了优化,并对最关键主承压结构内胆开展了疲劳寿命预测和评定。通过全流程的应力和疲劳分析、评定研究,结果表明:车载低温绝热LNG气瓶整体结构满足强度要求;通过后支撑的优化,应力最高降低了53%,在最恶劣工况下,应力变化幅值由优化前的78.2 MPa下降为优化后的1.3 MPa,后支撑的疲劳寿命大幅提高;整体结构的疲劳寿命远高于各工况的许用寿命。     

履带车辆传动轴疲劳寿命预测与结构改进

传动轴是履带式车辆传动系统的重要传动构件,由于测试方法和试验条件的限制,在设计传动轴的时候采用静强度设计理论,无法准确反映其在实际复杂任务工况条件下的动态响应性能,给动载荷作用下的机械构件寿命预测带来了很大困难,导致构件的实际寿命和设计寿命有很大的差距.基于ADAMS.ATV建立履带车辆行驶仿真平台,获得了传动轴在各种不同工况条件下的动态载荷.基于MSC.Fatigue疲劳寿命分析软件建立传动轴的疲劳分析模型,获得了传动轴的疲劳寿命,进而仿真分析不同结构对传动轴疲劳寿命的影响规律,对传动轴的结构进行改进.仿真预测实例验证了对复杂工况条件下传动轴进行疲劳寿命预测的可行性.对履带车辆构件结构优化问题进行了探索,研究方法和成果可以推广到相关机械工程领域,具有一定的指导意义.     

基于ANSYS Workbench 液压支架顶梁多工况结构优化与静力分析

目的优化尺寸参数,最大程度减小质量,实现顶梁的轻量化。方法利用ANSYS Workbench对液压支架顶梁进行了参数化建模,对其多种工况进行了多目标优化设计。结果研究结果表明,优化结果符合设计要求,顶梁在3种工况满足刚度和强度的同时,质量分别减轻了10.4%,9.59%,4.26%,实现了轻量化。在此基础上,对顶梁的多工况进行静力学分析,检验了优化的效果。结论顶梁结构的最大等效应力减小,应力分布更加合理。     

基于流固耦合的导叶式离心泵强度分析

运用顺序耦合和双向流固耦合方法对导叶式离心泵进行了强度分析。通过顺序流固耦合方法,对叶轮进行了静应力强度分析,并与双向流固耦合方法得到的结果进行了比较。同时,对双向流固耦合结果中最大等效应力节点A和最大变形区域的节点B在叶轮旋转一周过程中的等效应力变化的时域图以及频域图进行了分析。结果表明,最大等效应力出现在叶轮前盖板、叶片背面和叶轮出口边的交界处（节点A）;叶片进口边中部以及与前后盖板的交界处和叶片出口与后盖板的交界处这些地方有应力集中,可能发生强度破坏。后盖板出口处且正好在流道中部位置变形最大（节点B）,可能发生刚度破坏。对于静力学分析,顺序耦合与双向耦合的结果基本一致。节点A的变形量小于节点B,但交变应力的幅值却远大于节点B。疲劳裂纹的扩展速度主要取决于交变应力幅值的大小,因此,在节点A处更易发生疲劳破坏。计算结果对导叶式离心泵叶轮结构优化设计提供了有效依据。     

钻柱转换接头断裂原因分析

通过断口宏微观分析、金相检验、化学成分分析、力学性能试验等方法,结合结构因素和服役工况条件分析,对某油井发生的钻柱转换接头断裂失效原因进行了分析。结果表明:该钻柱转换接头失效模式为疲劳断裂;接头弯曲强度比偏低以及内螺纹根部应力集中严重是导致其过早发生疲劳断裂的主要原因;通过优化与改进钻柱转换接头结构以降低螺纹根部的应力集中、提高螺纹的加工质量以降低螺纹表面粗糙度、改进热处理工艺使转换接头具有理想的组织状态等措施,可有效提高钻柱转换接头的服役寿命。     

强夯机臂架应力测试与结构优化

针对强夯机臂架在复杂工况下结构强度冗余、应力集中、材料耗损大等问题,利用有限元的原理和方法,基于NX平台,建立某型号强夯机模型,确定工作载荷,得到臂架结构多个恶劣工况下变形和应力分析云图;以Optistruct为优化解算器,对臂架结构进行多工况下的优化设计．实验结果表明,运用应变电测方法的15个测点获得的实验数据与有限元分析结果误差值小于15%．优化结果满足安全性要求,优化后臂架载荷分布更加合理,最大位移和应力分别减小6.42%和12.48%,节省材料2.38%．     

焊接方法对10Ni5CrMoV钢接头疲劳性能的影响

针对屈服强度为785MPa级别的10Ni5CrMoV钢,分别采用焊条手工焊、气体保护焊和埋弧焊三种方法在其表面堆焊单层焊并设计成板状疲劳试样,研究三种焊接方法对10Ni5CrMoV钢接头疲劳性能的影响。结果表明:对于堆焊单层焊道试样,焊址处应力集中程度对疲劳启裂寿命起主要作用,随应力集中程度的增大,疲劳启裂寿命减小。焊条手工焊、埋弧焊和气体保护焊三种焊接方法中,气体保护焊焊趾处应力集中程度最大,疲劳启裂寿命最低;焊条手工焊焊趾处应力集中程度最小,疲劳启裂寿命最高。     

支承刚度及齿面涂层对斜齿轮副啮合特性的影响研究

支承刚度对自动变速器齿轮副的啮合质量有着重要影响,研究支承刚度及齿面涂层对斜齿轮副啮合特性的影响具有重要意义。以某七挡双离合自动变速器的一挡斜齿轮副为研究对象,建立了2种不同支承刚度的齿轴系统刚柔耦合模型,分析了不同工况下支承刚度对斜齿轮副啮合特性的影响规律;通过FCL-250H齿轮精测试验台得到有/无磷酸锰转化涂层齿轮的齿形齿向参数,并将其代入有限元模型进行仿真分析;进行齿轮接触疲劳点蚀实验,对比齿面涂层处理前后齿轮的接触疲劳寿命,并从齿轮表面形貌、动力性能及跑合性能等角度进一步揭示了涂层的强化机理。研究结果表明：齿轴跨度增大,支承刚度减小,则齿轮单位长度所受最大载荷和啮合错位量对输入扭矩的变化更为敏感;有涂层齿轮跑合后更有利于啮合,其疲劳寿命得到提高。研究结果为汽车自动变速器齿轮传动系统的结构优化和齿轮疲劳寿命的提高提供了参考。     

复杂运输工况下堆码包装的疲劳寿命分析方法

目的 研究堆码产品的缓冲包装在连续复杂运输工况下的受到振动冲击后的疲劳损伤。方法 采用Miner准则、Dirlik法和Steinberg三区间法,并结合Workbench和ncode疲劳分析模块建立2层堆码模型进行有限元仿真,通过不同工况的振动激励来模拟缓冲包装在复杂连续工况下的振动疲劳损伤并得出对应的疲劳结果云图和疲劳寿命云图。结果 复杂工况下瓦楞外包装的疲劳寿命为9.26×10⁹,最大节点处的损伤值为1.08×10^-10,EVA内缓冲衬垫的疲劳寿命为1.882×10¹⁴,最大节点处的损伤值为5.313×10^-15。堆码包装模型的易损点主要集中于内外缓冲包装的边角和楞边区域。通过Dirlik和Steinberg方法证明了缓冲件在经历16 h的复杂运输工况下的剩余寿命为2.6×10⁴ h和9.198×10⁵ h,利用Miner准则证明了缓冲包装结构对内部产品可以起到良好的保护作用。结论 通过该种方法可以对堆码包装在复杂工况下进行可靠的疲劳寿命分析,并对堆码...     

复杂面内应力状态下平面编织高铝纤维增强氧化铝基复合材料强度及疲劳寿命预测方法

针对平面编织氧化铝基复合材料提出了一种复杂面内应力状态下的强度准则和疲劳寿命预测方法。通过拉伸、压缩及纯剪切试验,分别获得了材料的静强度指标。考虑材料拉、压性能的差异和面内拉-剪联合作用对材料强度的影响机制,提出了修正的Hoffman强度理论。采用该强度理论预测得到的偏轴拉伸强度与试验结果基本一致,偏差不超过10%。开展了偏轴角θ=0°、15°、30°、45°,应力比R=0.1,频率f=10 Hz的拉伸疲劳试验,试验结果表明随着偏轴角的增加,相同轴向拉伸载荷下的疲劳寿命逐渐降低。由于面内剪切应力分量的作用,疲劳失效由纤维主导逐渐过渡到纤维和基体共同主导的模式。基于单轴疲劳寿命曲线,采用Broutman-Sahu剩余强度模型表征剩余强度随疲劳循环次数的变化规律,结合剩余强度演化模型和修正的Hoffman强度理论,提出了一种面内复杂载荷条件下的疲劳寿命预测模型,并引入疲劳剪切损伤影响因子表征拉-剪应力联合作用对材料疲劳行为的影响。采用本文提出的疲劳寿命预测模型,预测不同偏轴角拉伸疲劳寿命,预测结果与试验结果基本一致,偏差在1倍寿命范围内。比较结果表明在给定应力比、温度和疲劳载荷频率条件下,该疲劳寿命预测模型可以用来预测平面编织氧化铝基复合材料拉-剪复杂面内载荷条件下疲劳寿命。      

基于多场耦合的采煤机摇臂壳体分析

 为对大型装备壳体类零件进行创新设计,建立了大采高采煤机铸、锻、焊结合摇臂壳体的柔性虚拟样机耦合模型,研究截割部齿轮系统热平衡过程,确定温度载荷和边界条件,加载动力学仿真软件ADAMS输出的载荷文件．应用有限元软件ANSYS对摇臂壳体进行温度 结构耦合分析及疲劳寿命预测,得到了壳体的温度场及结构场云图,发现了摇臂壳体疲劳寿命的薄弱环节,并提出了改进措施．结果表明,温度场的影响使摇臂壳体的最大应力增加了11.707%.研究结果为大型壳体类零件的设计与优化提供了明确的量化依据,可有效提高该类零件的工作可靠性．     

液压模块挂车刚柔耦合动态响应特性及摆臂疲劳分析

为了研究重型液压模块挂车动态响应特性及其摆臂疲劳强度的问题,基于有限元分析方法与刚柔多体动力学理论,建立挂车刚柔耦合多体动力学模型,以路面不平度作为仿真的激励信号,结合振动试验验证模型的准确性。对挂车在不同的运行工况下,进行动态响应仿真分析。将多体动力学仿真结果作为有限元分析的动载荷,计算获得疲劳分析所需要的应力时间历程,运用局部应力应变法对摆臂进行疲劳寿命预测。计算结果表明,摆臂应力集中部位出现在已发生断裂的断面位置及应力水平已进入塑性状态。挂车在B级、C级与D级路面下的运行,危险点的疲劳寿命均大于挂车使用年限。而在正弦形凹凸路面冲击下,危险点的疲劳寿命随正弦形幅值与车速增加而明显减短。根据仿真计算结果,可提出适用的运行工况以提高挂车运行安全性与运输效率。     

疲劳损伤对波纹管耐连多硫酸腐蚀性能的影响

针对催化裂化装置用波纹管使用中所面临的连多硫酸应力腐蚀问题,采用热态连多硫酸腐蚀模拟装置,试验研究了固溶态Incoloy825波纹管的耐连多硫酸应力腐蚀性能,并利用金相显微镜、SEM、EDX等手段分析了腐蚀波纹管的表面形貌和断口特征,探讨了设计疲劳寿命及累积疲劳损伤对波纹管连多硫酸应力腐蚀敏感性的影响规律。结果表明,在60℃的H2SxO6溶液中,设计疲劳寿命及累积疲劳损伤对固溶态Incoloy825波纹管的腐蚀敏感性影响显著。设计疲劳寿命越低、累积疲劳损伤越大,则越易形成应力腐蚀裂纹。     

Fatigue analysis of railway coupling joint

A new type of railway coupling joint, developed by a leading international railway manufacturer, has shown limited fatigue lives in service, in a preliminary service assessment of fatigue life. To get more data about this problem a detailed study was carried out of the fatigue design of the component including stress analysis and fatigue life evaluation.The main objective of this paper consisted in getting accurate information concerning the level of operational reliability of the fatigue behaviour of this new type of coupling used in carriages for passenger transportation in suburban lines.The strains in service were obtained with strain gauge rosettes in a typical line. Values of the cumulative fatigue damage were obtained in this service conditions. Linear damage accumulation laws were used.A numerical stress analysis using FE methods were performed. Detailed stress distributions were obtained in the component. Hot spot areas of stress were obtained and also the values of critical fatigue damage in these critical points of stress distributions. The extrapolation method to the hot spot points, was used to obtain the critical values of fatigue damage.The results of fatigue damage gave an infinite value of fatigue life for the coupling.     

Fatigue strength improvement of longitudinal fillet welded out-of-plane gusset joints using air blast cleaning treatment

Blast cleaning treatments are used widely in newly built steel structures to clean forged surfaces and increase the adhesive properties of subsequent coatings. On the other hand, the beneficial effects of a blast cleaning treatment, which are similar to shot peening, on the fatigue strength of welded steel structures are not considered in the fatigue design procedure. In this study, fatigue tests were carried out on as-welded and blast-treated longitudinal fillet welded out-of-plane gusset joints subjected to three different cyclic loading conditions: uniaxial tension, out-of-plane bending and in-plane bending stress cycles. The effect of the blast cleaning treatment on the fatigue strength of the gusset joints was studied. The fatigue tests showed that the blast cleaning treatment increased the fatigue strength of the gusset welded joints, particularly at the lower stress range. A 19% increase in fatigue strength at 2 million cycles and 66% increase in fatigue limit could be realized using the blast cleaning treatment.     

汽车悬架稳定杆连杆支架的疲劳仿真分析及结构优化

针对某型车辆常规耐久性试验过程中稳定杆连杆支架出现断裂的问题,对稳定杆连杆支架进行疲劳寿命分析和结构优化.首先运用ANSYS软件建立稳定杆连杆支架的有限元模型;然后基于静态有限元疲劳分析方法对连杆支架进行强度分析计算,并依据强度分析结果对稳定杆连杆支架进行疲劳寿命预测分析;其次根据等强梁理论对稳定杆连杆支架进行结构优化,支架截面由原来的等截面改为变截面,并对优化后的结构进行疲劳寿命预测;最后通过疲劳台架试验和裂纹断口分析,验证仿真分析结果.通过台架试验和仿真结果的对比可以得出,稳定杆连杆支架优化前后其疲劳寿命预测准确,优化后结构疲劳寿命符合预期.     

Prediction of very high cycle fatigue failure for high strength steels, based on the inclusion geometrical properties

This article deals with the experimental and predicted fatigue endurance of the high strength steels, European 100C6 (martensitic and bainitic) and the Japanese SUJ2 in the gigacycle regime. Tests were carried out with stress ratio R = −1 in tension–compression condition at room temperature. To attain the high number of cycles required in a reasonable period of time, an ultrasonic test machine working at 20 KHz was used to obtaining 1.7 × 10⁹ cycles in approximately 24 h. The relationship between the geometrical properties of inclusions associated with fatigue failure and the fatigue life of these steels was studied. Thereafter, with basis on a simplified evaluation of the highest stress in the elliptical inclusion for fatigue Mode I, three models to predict the fatigue life for these high strength steels were proposed adjusting non-linear regression curves to the corresponding experimental results.     

造船液压机压头锁紧碟簧疲劳寿命稳健优化设计

 碟簧(碟形弹簧)的材料特性、几何特性、载荷等因素发生较小的波动,就会导致碟簧特性的变化,使其实际使用寿命与设计寿命出现较大偏差.针对碟形弹簧的疲劳寿命受不确定性因素影响而波动较大的问题,采用分析性稳健设计方法,对移动回转压头造船液压机压头锁紧碟簧的疲劳寿命与不确定性因素的关系进行了研究;以碟簧疲劳寿命的波动方差最小为目标函数,疲劳寿命均值等于预期寿命为等式约束,碟簧组轴向力大于允许值为不等式约束,建立碟簧疲劳寿命稳健优化模型,并获得了稳健设计解.稳健优化后的结果与优化前相比,在满足性能约束的条件下使不确定性因素的变化对碟簧疲劳寿命的影响降到最低,碟簧的疲劳寿命稳定在目标值附近,提高了设计的经济性和可靠性.