工程塑料齿轮疲劳寿命有限元分析

合集下载

塑料齿轮疲劳寿命分析

1 的疲劳破坏疲劳是一种十分有趣的现象，当材料或结构受到多次重复变化的载荷作用后，应力值虽然始终没有超过材料的强度极限，甚至比屈服极限还低的情况下就可能发生破坏，这种在交变载荷重复作用下材料或结构的破坏现象就叫做疲劳破坏。

如图1所示，F表示齿轮啮合时作用于齿轮上的力。

齿轮每旋转一周，轮齿啮合一次。

啮合时，F由零迅速增加到最大值，然后又减小为零。

因此，齿根处的弯曲应力or也由零迅速增加到某一最大值再减小为零。

此过程随着齿轮的转动也不停的重复。

应力or随时间t的变化曲线如图2所示。

图1 齿轮啮合时受力情况图2 齿根应力随时间变化曲线在现代工业中，很多零件和构件都是承受着交变载荷作用，工程塑料齿轮就是其中的典型零件。

工程塑料齿轮因其质量小、自润滑、吸振好、噪声低等优点在纺织、印染、造纸和食品等传动载荷适中的轻工机械中应用很广。

疲劳破坏与传统的静力破坏有着许多明显的本质差别：1)静力破坏是一次最大载荷作用下的破坏；疲劳被坏是多次反复载荷作用下产生的破坏，它不是短期内发生的，而是要经历一定的时间。

2)当静应力小于屈服极限或强度极限时，不会发生静力破坏；而交变应力在远小于静强度极限，甚至小于屈服极限的情况下，疲劳破坏就可能发生。

3)静力破坏通常有明显的塑性变形产生；疲劳破坏通常没有外在宏观的显着塑性变形迹象，事先不易觉察出来，这就表明疲劳破坏具有更大的危险性。

工程塑料齿轮的疲劳寿命，是设计人员十分关注的课题，也是与实际生产紧密相关的问题。

然而，在疲劳载荷作用下的疲劳寿命计算十分复杂。

因为要计算疲劳寿命，必须有精确的载荷谱，材料特性或构件的S-N曲线，合适的累积损伤理论，合适的裂纹扩展理论等。

本文对工程塑料齿轮疲劳分析的最终目的，就是要确定其在各种质量情况下的疲劳寿命。

通过利用有限元方法和CAE软件对工程塑料齿轮的疲劳寿命进行分析研究有一定工程价值。

2 工程塑料齿轮材料的确定超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种综合性能优异的新型热塑性工程塑料，它的分子结构与普通聚乙烯(PE)完全相同，但相对分子质量可达(1～4)×106。

塑料齿轮疲劳寿命分析报告

1 齿轮的疲劳破坏疲劳是一种十分有趣的现象，当材料或结构受到多次重复变化的载荷作用后，应力值虽然始终没有超过材料的强度极限，甚至比屈服极限还低的情况下就可能发生破坏，这种在交变载荷重复作用下材料或结构的破坏现象就叫做疲劳破坏。

如图1所示，F表示齿轮啮合时作用于齿轮上的力。

齿轮每旋转一周，轮齿啮合一次。

啮合时，F由零迅速增加到最大值，然后又减小为零。

因此，齿根处的弯曲应力or也由零迅速增加到某一最大值再减小为零。

此过程随着齿轮的转动也不停的重复。

应力or随时间t的变化曲线如图2所示。

图1 齿轮啮合时受力情况图2 齿根应力随时间变化曲线在现代工业中，很多零件和构件都是承受着交变载荷作用，工程塑料齿轮就是其中的典型零件。

工程塑料齿轮因其质量小、自润滑、吸振好、噪声低等优点在纺织、印染、造纸和食品等传动载荷适中的轻工机械中应用很广。

2)当静应力小于屈服极限或强度极限时，不会发生静力破坏；而交变应力在远小于静强度极限，甚至小于屈服极限的情况下，疲劳破坏就可能发生。

3)静力破坏通常有明显的塑性变形产生；疲劳破坏通常没有外在宏观的显著塑性变形迹象，事先不易觉察出来，这就表明疲劳破坏具有更大的危险性。

工程塑料齿轮的疲劳寿命，是设计人员十分关注的课题，也是与实际生产紧密相关的问题。

然而，在疲劳载荷作用下的疲劳寿命计算十分复杂。

因为要计算疲劳寿命，必须有精确的载荷谱，材料特性或构件的S-N曲线，合适的累积损伤理论，合适的裂纹扩展理论等。

本文对工程塑料齿轮疲劳分析的最终目的，就是要确定其在各种质量情况下的疲劳寿命。

通过利用有限元方法和CAE软件对工程塑料齿轮的疲劳寿命进行分析研究有一定工程价值。

基于ANSYS软件的齿轮疲劳有限元分析报告

基于ANSYS软件的齿轮疲劳有限元分析报告一、概述本次大作业主要利用ANSYS软件对齿轮的疲劳进行分析,计算出齿轮的最大寿命。

然后与实际情况进行比较,证明分析的正确性,从而为齿轮的优化分析提供了充分的理论依据，并且通过对ANSYS软件的实际操作深刻体会有限元分析方法的基本思想，对有限元分析方法的实际应用有一个大致的认识。

二、问题分析如下图所示为某齿轮三维模型，参考图示形状，自定义尺寸，并建立一对啮合齿，施加50N*M扭矩进行齿轮接触分析，随后进行疲劳分析，分析齿轮寿命，材料为40Cr。

图1 齿轮三、有限元建模寿命分析之前需要进行强度分析，在Windows“开始”菜单中执行ANSYS—Workbench 命令。

创建项目A，进行静力学分析，双击左侧的static structure即可图 2 强度分析项目如图 3所示，40Cr材料的杨氏模量为2.1e11Pa，泊松比为0.3，密度7800kg/m3，两对齿轮的材料一致。

图 3 材料定义双击Geometry进入几何模型建立模块，进行几何建模。

只需要建立齿轮的端面然后拉伸即可，另一对齿轮采用该齿轮进行对称偏移获取，首先建立齿轮端面草绘，为保证结构对称，只建立一半截面，如下图所示：拉伸截面，并对称建立整个单齿，如下所示：同理建立另一齿轮，最终模型如下所示进入Workbench进行材料设置，其中齿轮分别设置材料为结构钢。

进行网格划分，设置网格尺寸为2mm，最终有限元网格模型如下图所示：图7 网格设置图8 网格模型模拟实际情况，从动齿内圈固定，主动齿施加扭矩，如下图所示图9 载荷约束四、有限元计算结果（1）位移变化，如图12所示，结果最大变形为0.2mm，图12 位移云图（2）等效应力计算结果，如图3所示，最大等效应力为467.4MPa图13 等效应力云图添加Fatigue tool进行疲劳分析，Fatigue设置如下寿命云图如下所示，应力最大区域，寿命最小，该齿轮最多可以使用14794次，此后便会发生裂纹破坏。

基于有限元分析的机械结构疲劳寿命预测研究

基于有限元分析的机械结构疲劳寿命预测研究摘要：机械结构的疲劳寿命预测是工程设计中至关重要的一环。

通过有限元分析，可以对机械结构的受力情况进行模拟和分析，进而预测其疲劳寿命。

本研究旨在探讨基于有限元分析的机械结构疲劳寿命预测方法，包括疲劳寿命预测模型的建立、材料的疲劳性能参数获取和有限元分析模型的建立等。

通过对不同材料和结构的案例研究，可以得出结论：有限元分析是一种可行的机械结构疲劳寿命预测方法，可以为工程设计提供可靠的依据。

引言：在机械结构的设计过程中，疲劳寿命是一个重要的参数。

疲劳寿命预测可以帮助工程师确定一个机械结构能够在多长时间内安全可靠地工作。

而基于有限元分析的疲劳寿命预测研究，是目前较为常用和有效的方法之一。

本文将介绍有限元分析在机械结构疲劳寿命预测中的应用，包括疲劳寿命预测模型的建立、材料的疲劳性能参数获取和有限元分析模型的建立等。

一、疲劳寿命预测模型的建立疲劳寿命预测模型是有限元分析中的核心内容之一。

通过建立合理的疲劳寿命预测模型，可以准确预测机械结构的寿命。

常用的疲劳寿命预测模型包括S-N曲线法、威尔逊方程法和能量方法等。

其中，S-N曲线法是最常用的疲劳寿命预测方法之一，它基于实验数据建立应力和寿命的关系曲线，通过拟合曲线得到寿命方程，从而预测机械结构的疲劳寿命。

二、材料的疲劳性能参数获取材料的疲劳性能参数对于疲劳寿命预测非常重要。

通过实验或文献数据的获取，可以得到材料的疲劳极限、疲劳强度、疲劳断裂韧性等参数。

这些参数可以用于疲劳寿命预测模型的建立，进而实现对机械结构疲劳寿命的准确预测。

三、有限元分析模型的建立有限元分析是机械结构疲劳寿命预测中不可或缺的方法之一。

通过有限元分析软件，可以建立机械结构的有限元模型，并获取其应力分布。

在疲劳寿命预测中，应力是一个非常关键的参数，因为结构的寿命与应力密切相关。

有限元分析可以帮助工程师分析结构的应力状态，识别应力集中部位，并进行应力修正。

基于有限元法的机械零部件疲劳寿命预测

基于有限元法的机械零部件疲劳寿命预测随着机械工业的快速发展，机械零部件的质量和寿命成为了制造业中的重要问题。

疲劳寿命是机械零部件能够经受多少次加载循环而不发生破坏的能力，因此对于机械设计和工程分析来说，疲劳寿命预测至关重要。

为了准确预测机械零部件的疲劳寿命，工程师们常常使用有限元法。

有限元法是一种基于数值计算的工程分析方法，通过将结构分割成小的有限元单元，利用单元边界上的位移和力的关系来求解整个结构的应力和变形。

在疲劳分析中，有限元法能够考虑到复杂的载荷作用、材料非线性和结构几何非线性等方面的影响，因此被广泛应用于机械零部件的寿命预测。

首先，疲劳寿命预测需要建立合适的有限元模型。

模型的准确性和精度直接影响到预测的结果。

在建立模型时，需要将机械零部件的几何形状、材料性质和加载条件等因素考虑进去，并进行合理的简化和理想化。

同时，还需要选取合适的网格划分和单元类型，以确保模型的数值计算稳定和精确。

其次，疲劳寿命预测需要确定适当的疲劳损伤准则。

疲劳损伤准则描述了当应力历程超过材料疲劳极限时所产生的损伤情况。

常见的疲劳损伤准则包括极值法、线性累积法和稳态强度法等。

其中，极值法是一种简化的方法，假设疲劳寿命与最大应力的幂律关系，但对于不同的材料和零部件来说，这种假设并不总是准确的。

因此，选择适当的疲劳损伤准则十分重要。

然后，疲劳寿命预测需要获取真实的加载历程。

实际工作条件下的零部件往往会受到多种复杂的加载作用，如振动、冲击和变温等。

因此，在预测中需要获取到真实的加载历程，并将其作为输入数据来模拟零部件在实际工作中的疲劳行为。

可以通过传感器和数据采集系统来获取实验数据，或利用计算机辅助工程软件来模拟真实的工作环境。

最后，疲劳寿命预测需要进行合理的结果分析和验证。

通过对预测结果的分析和比对，可以评估模型的准确性和可信度。

与实验结果进行对比可以发现潜在的差异和偏差，并进行模型修正和调整。

此外，还可以通过实验验证的方法来进一步验证模型的可靠性和适用性。

基于有限元方法的机械结构疲劳分析与寿命预测

基于有限元方法的机械结构疲劳分析与寿命预测疲劳分析与寿命预测在机械结构设计中具有重要的意义。

通过对材料的疲劳特性进行研究，并结合有限元方法建立数值模型，可以有效地预测机械结构在使用过程中的受力情况和寿命。

疲劳是机械结构在循环加载下出现的一种失效模式，通常会导致结构的裂纹扩展和损伤积累。

疲劳失效对于安全和可靠性至关重要，因此必须对结构进行疲劳分析，以了解其耐久性和使用寿命。

有限元方法是一种常用的数值分析方法，可以将机械结构抽象成离散的小单元，通过求解控制方程组，得到结构的应力、应变分布。

在疲劳分析中，有限元方法可以用来计算结构在循环加载下的应力应变历程，进而预测结构的疲劳寿命。

首先，需要确定材料的疲劳特性。

疲劳特性包括S-N曲线和疲劳极限等参数。

S-N曲线描述了应力与寿命之间的关系，是进行疲劳寿命预测的重要依据。

疲劳极限是指承受无限循环次数的最高应力。

这些参数可以通过实验获得或从已有的数据库中获取。

接下来，建立机械结构的有限元模型。

有限元模型需要包括结构的几何形状、材料性质以及外加载条件等信息。

通过对结构进行网格划分，可以将结构抽象成大量的小单元，从而将求解控制方程组的问题转化为求解离散方程组的问题。

然后，进行加载与边界条件的设定。

加载条件是指施加到结构上的载荷，可以是静态加载或动态加载。

边界条件是指限制结构运动的约束条件，可以是支座约束或预定位约束等。

这些条件需要根据实际情况进行合理设定。

在求解有限元方程组之后，可以得到结构各处的应力与应变分布。

通过与疲劳特性相结合，可以计算得到结构在循环加载下的疲劳寿命。

通常使用疲劳强度折减因子来考虑不同应力水平下的寿命衰减。

通过以上步骤，可以进行一次基于有限元方法的机械结构疲劳分析与寿命预测。

然而，实际工程中的机械结构往往受到多种不确定因素的影响，如材料的不均匀性、加载条件的随机性等。

因此，在疲劳分析中，还需要考虑不确定性的影响。

一种常用的方法是应用统计学方法进行可靠性分析。

工程塑料齿轮疲劳寿命有限元分析

工程塑料齿轮疲劳寿命有限元分析1 齿轮的疲劳破坏疲劳是一种十分有趣的现象，当材料或结构受到多次重复变化的载荷作用后，应力值虽然始终没有超过材料的强度极限，甚至比屈服极限还低的情况下就可能发生破坏，这种在交变载荷重复作用下材料或结构的破坏现象就叫做疲劳破坏。

如图1 所示，F 表示齿轮啮合时作用于齿轮上的力。

齿轮每旋转一周，轮齿啮合一次。

啮合时，F 由零迅速增加到最大值，然后又减小为零。

因此，齿根处的弯曲应力or 也由零迅速增加到某一最大值再减小为零。

此过程随着齿轮的转动也不停的重复。

应力or 随时间t 的变化曲线如图2 所示。

图1 齿轮啮合时受力情况图2 齿根应力随时间变化曲线在现代工业中，很多零件和构件都是承受着交变载荷作用，工程塑料齿轮就是其中的典型零件。

工程塑料齿轮因其质量小、自润滑、吸振好、噪声低等优点在纺织、印染、造纸和食品等传动载荷适中的轻工机械中应用很广。

2)当静应力小于屈服极限或强度极限时，不会发生静力破坏；而交变应力在远小于静强度极限，甚至小于屈服极限的情况下，疲劳破坏就可能发生。

3)静力破坏通常有明显的塑性变形产生；疲劳破坏通常没有外在宏观的显著塑性变形迹象，事先不易觉察出来，这就表明疲劳破坏具有更大的危险性。

工程塑料齿轮的疲劳寿命，是设计人员十分关注的课题，也是与实际生产紧密相关的问题。

然而，在疲劳载荷作用下的疲劳寿命计算十分复杂。

因为要计算疲劳寿命，必须有精确的载荷谱，材料特性或构件的S-N 曲线，合适的累积损伤理论，合适的裂纹扩展理论等。

本文对工程塑料齿轮疲。

基于精确模型的齿轮接触疲劳寿命有限元分析_陈赛克

文章编号:1004-2539(2007)02-0081-02基于精确模型的齿轮接触疲劳寿命有限元分析(仲恺农业技术学院机电工程系,　广东广州　510220)　陈赛克　王　毅摘要　在S olidW orks 中精确建立了一对齿轮的啮合模型,并通过S olidW orks 与ANSY S 的数据交换接口,把啮合模型的几何数据导入ANSY S 中,将其转化成由节点及单元组成的有限元模型。

进行了齿轮的接触应力及接触疲劳寿命有限元分析。

结果表明,摩擦对齿轮接触应力有一定影响,但影响程度随摩擦系数的增加并不明显。

本文展示了C AD 与C AE 的结合应用。

关键词　有限元　接触应力　精确模型　齿轮引言齿轮系结构灵活多变,广泛应用于各种机械传动中。

但齿轮往往是最容易出故障的一个零件。

据统计,在各种机械故障中,齿轮失效就占总数的60%以上,其中齿面损坏又是齿轮失效的主要原因之一[1]。

为此,人们对齿面强度及其应力分布进行了大量研究。

图1　一对标准安装啮合的直齿齿轮目前齿轮接触强度计算公式均以两平行圆柱体对压的赫兹公式为基础,赫兹公式加以变形及系数修正而获得。

而齿轮实际啮合状况远比赫兹公式的假设条件要复杂的多,例如受齿廓表面渐开线曲率半径变化的影响,受齿间摩擦的影响,受啮合刚度的影响,以及应力计算的节点处不一定为最大应力点等。

这使得齿轮接触强度的计算公式在理论上显得过于简单化了。

随着C AD 技术和计算接触问题的非线性有限元技术的不断发展完善,为解决复杂的齿轮接触问题创造了条件。

本文将利用大型参数化软件S olidW orks 对齿轮进行精确建模,生成一对啮合齿轮,然后利用S olidW orks 与ANSY S 之间良好的数据交换接口,将模型导入ANSY S ,对齿轮进行接触应力有限元分析,进而利用软件中的疲劳分析模块对其进行疲劳寿命分析。

1　用S olidW orks 建立啮合齿轮的精确模型准确确定齿廓曲线是建立精确齿轮模型并对其进行有限元分析的前提。

齿轮有限元分析

齿轮有限元分析引言有限元分析（Finite Element Analysis，简称FEA）是一种工程分析方法，用于通过将复杂的结构分割为简单的有限元，利用力学原理进行计算和分析。

它在工程领域得到了广泛的应用，齿轮有限元分析便是其中之一。

齿轮是一种常见的传动装置，广泛应用于机械、汽车、冶金等领域。

传统的齿轮设计方法主要依赖于经验和试错，效果难以保证。

而有限元分析能够通过数值计算对齿轮进行全面的力学分析，为齿轮的设计与优化提供有力支持。

齿轮有限元分析原理齿轮有限元分析的基本原理是将齿轮进行离散化，将其分解为多个小块，每个小块称为一个有限元。

然后根据有限元理论，建立有限元模型。

将齿轮的物理性质、边界条件等输入有限元模型，并进行求解，得到齿轮的应力、变形等相关结果。

在齿轮有限元分析中，需要考虑的因素包括载荷、齿轮的几何形状、材料参数等。

其中载荷可以分为静态载荷和动态载荷，可以通过实际工况和使用要求确定。

几何形状是指齿轮的轮齿形状、齿顶高度、齿距等。

材料参数包括齿轮的弹性模量、泊松比等。

齿轮有限元分析采用有限元软件进行计算，常见的有ABAQUS、ANSYS、Nastran等。

通过建立合理的有限元模型和适当的边界条件，可以得到齿轮的应力分布、变形情况等结果，从而评估齿轮在工作过程中的可靠性。

齿轮有限元分析的应用齿轮有限元分析在齿轮设计与优化中扮演着重要的角色。

它能够帮助工程师更全面地了解齿轮在工作条件下的应力分布、变形情况，从而为设计提供指导。

具体应用包括以下几个方面：齿轮受力分析通过齿轮有限元分析，可以得到齿轮在受到静态或动态载荷作用时的应力分布情况。

这可以帮助工程师判断齿轮在工作过程中是否存在应力集中现象，以及是否满足材料的强度要求。

在设计中，可以根据这些分析结果调整齿轮的几何形状或材料参数，以提高齿轮的可靠性和寿命。

齿轮变形分析齿轮在受到载荷作用时，会发生一定的变形。

通过齿轮有限元分析，可以计算齿轮的变形情况，包括齿轮的轴向变形、径向变形等。

基于有限元分析的工程结构疲劳寿命预测技术研究

基于有限元分析的工程结构疲劳寿命预测技术研究一、引言工程结构的疲劳寿命预测是一个十分重要的问题，随着机械、航空、航天、汽车等各个领域的发展，对于结构疲劳寿命的预测和管理越来越受到重视。

近年来，基于有限元分析的疲劳寿命预测技术逐渐得到了广泛的运用。

本文旨在对基于有限元分析的工程结构疲劳寿命预测技术进行研究和探讨，介绍其基本原理、方法和实现流程。

二、基本原理疲劳是指在反复交替的周期性应力下，材料或结构出现破坏的现象。

通常情况下，疲劳破坏是极难预测的，因为其破坏形式复杂，与外部环境、结构几何形状以及材料性质等都密切相关。

而有限元分析是一种广泛应用于结构分析的数值方法，通过采用数学模型对结构进行离散化，即把一块结构分解成有限个单元，每个单元通过计算来近似表现结构的实际状态，从而预测结构的响应和性能状态。

基于有限元分析的疲劳寿命预测技术的基本原理是通过有限元分析方法计算出结构在周期性应力作用下的应力变形响应，然后基于材料的本构关系，对寿命进行预测。

三、方法1. 分析结构的工作条件和应力分布在疲劳寿命预测之前，首先需要明确分析结构的工作条件和应力分布情况。

通常这个过程需要进行应力分析、材料本性质检测、解决几何形状对应力分布的影响等。

2. 建立有限元模型在确定了工作条件和应力分布情况后，接下来就需要建立有限元模型。

这个过程需要建立合适的几何模型，并进行离散化处理。

在有限元模型中，需要对结构进行单元选择、划分、材料参数的输入和加载条件的设定等。

3. 基于有限元分析计算结构应力变形情况基于有限元分析方法，可以将结构分割为若干个小的单元，对于每一个小单元，使用节点求解的方法求解出其应变场，并代入该单元材料的本构关系中，计算出该单元内应力的分布情况。

4. 确定疲劳损伤指数疲劳损伤指数（Fatigue Damage Index，FDI）是衡量疲劳破坏的尺度，通常用来预测结构的寿命。

FDI的计算依赖于疲劳损伤积累规律，其具体计算方法相当复杂，需结合实际情况，包括结构的几何形状、应力水平、频率等因素进行分析。

基于有限元方法的机械结构疲劳寿命预测

基于有限元方法的机械结构疲劳寿命预测疲劳寿命预测在机械结构设计中具有重要的作用，可以有效地评估结构的使用寿命和可靠性。

有限元方法是一种常用的工程分析方法，它可以模拟和分析机械结构的强度和刚度等力学性能。

本文将探讨基于有限元方法的机械结构疲劳寿命预测，并介绍其中的一些关键技术和应用案例。

疲劳是机械结构常见的失效模式之一，它是由于长期受到循环加载而引起的结构破坏。

在实际应用中，机械结构往往会遭受到各种不同类型的加载，例如振动、冲击、拉伸等。

这些加载会导致结构中产生应力和应变的周期性变化，从而导致疲劳损伤的积累。

因此，准确预测机械结构的疲劳寿命对于确保结构的可靠性和安全性至关重要。

有限元方法是一种基于数值计算的工程分析方法，通过将结构离散为有限数量的小元素，然后利用力学原理求解每个元素内的应力和应变分布，最终得到整个结构的力学性能。

在机械结构疲劳寿命预测中，有限元方法可以通过模拟结构的循环加载过程和应力分布，来评估结构的耐久性能。

要基于有限元方法进行机械结构的疲劳寿命预测，首先需要建立结构的有限元模型。

有限元模型的建立包括几何模型的建立和网格剖分。

几何模型是指对机械结构进行几何形状和尺寸的描述，可以通过计算机辅助设计软件进行建模。

网格剖分则是将结构离散为有限数量的小元素，通常采用三角形单元或四边形单元进行网格生成。

建立有限元模型后，需要为结构施加适当的负载和边界条件。

这些加载和边界条件应该能够模拟结构在实际使用中所受到的加载情况。

例如，对于一台发动机的曲轴，可以通过施加周期性的振动加载模拟其在工作状态下的受力情况。

接下来，需要利用有限元软件对有限元模型进行求解。

在疲劳寿命预测中，通常采用动力学分析方法，通过模拟结构在加载过程中的动态响应，来估计结构在疲劳循环加载下的应力和应变分布。

有限元软件可以计算每个节点和元素的应力和应变，建立应力和应变历程，从而评估结构的疲劳损伤程度。

疲劳寿命的评估通常使用一种称为疲劳损伤累积理论的方法。

塑料齿轮疲劳寿命分析 (1)

如图1所示，F表示齿轮啮合时作用于齿轮上的力。

齿轮每旋转一周，轮齿啮合一次。

啮合时，F由零迅速增加到最大值，然后又减小为零。

因此，齿根处的弯曲应力or也由零迅速增加到某一最大值再减小为零。

此过程随着齿轮的转动也不停的重复。

应力or随时间t 的变化曲线如图2所示。

图1 齿轮啮合时受力情况图2 齿根应力随时间变化曲线在现代工业中，很多零件和构件都是承受着交变载荷作用，工程塑料齿轮就是其中的典型零件。

工程塑料齿轮因其质量小、自润滑、吸振好、噪声低等优点在纺织、印染、造纸和食品等传动载荷适中的轻工机械中应用很广。

2)当静应力小于屈服极限或强度极限时，不会发生静力破坏；而交变应力在远小于静强度极限，甚至小于屈服极限的情况下，疲劳破坏就可能发生。

3)静力破坏通常有明显的塑性变形产生；疲劳破坏通常没有外在宏观的显着塑性变形迹象，事先不易觉察出来，这就表明疲劳破坏具有更大的危险性。

工程塑料齿轮的疲劳寿命，是设计人员十分关注的课题，也是与实际生产紧密相关的问题。

然而，在疲劳载荷作用下的疲劳寿命计算十分复杂。

因为要计算疲劳寿命，必须有精确的载荷谱，材料特性或构件的S-N曲线，合适的累积损伤理论，合适的裂纹扩展理论等。

本文对工程塑料齿轮疲劳分析的最终目的，就是要确定其在各种质量情况下的疲劳寿命。

通过利用有限元方法和CAE软件对工程塑料齿轮的疲劳寿命进行分析研究有一定工程价值。

有限元法在齿轮研究中的应用

有限元法在齿轮研究中的应用有限元法在齿轮研究中的应用越来越广泛。

从理论上来讲，齿轮的分析和计算一直是机械工程师和设计师的主要工作之一。

有限元方法是一种计算机辅助分析和设计工具，它在研究齿轮的力学特性和设计中起到了重要作用。

本文将介绍有限元法在齿轮研究中的应用。

1、齿轮的受力分析齿轮的受力分析是研究齿轮设计和强度的重要内容之一。

利用有限元分析方法可以很好地模拟齿轮的受力情况。

在有限元分析中，将齿轮作为一个整体进行建模，将齿轮的材料特性、载荷情况、齿面接触和齿根接触等因素考虑在内，得出齿轮的应力和应变信息，用于齿轮的强度验算和设计。

2、齿轮的振动分析齿轮在传动过程中易产生振动和噪声。

通过有限元分析可以预测齿轮传动中的振动和噪声水平，并确定因素以消除或降低振动和噪声。

有限元分析不仅可以描述齿轮的振动形态和振动频率，还可以分析导致齿轮振动的因素，如齿面接触、齿根接触、齿轮轴向运动等因素，并提出相应的解决方案，如增加齿轮间隙、改善齿轮加工质量、减少齿轮轴向运动等方法。

3、齿轮的疲劳寿命分析齿轮在长期使用过程中，往往会出现疲劳裂纹，导致齿轮的故障，甚至引起事故。

有限元分析可以很好地预测齿轮的疲劳寿命。

有限元分析可以基于多种条件和载荷情况，考虑齿轮材料的疲劳特性，并通过疲劳分析确定齿轮的寿命，为齿轮设计提供支持。

4、齿轮的优化设计利用有限元分析可以较为准确地确定齿轮的极限负载，并找出影响齿轮强度和寿命的因素。

在优化设计中，选取合适的材料、减小齿面失败系数、调整齿根曲线、设计齿根和修整齿面等措施可以得到更优化的设计方案，提高齿轮的强度和寿命。

总之，有限元分析作为一种较为准确的计算工具，可以很好地模拟齿轮的受力、振动和疲劳行为，并为齿轮的优化设计提供重要支持。

随着现代科技的不断发展，有限元分析将在齿轮研究中发挥越来越重要的作用。

基于有限元分析的结构疲劳寿命

基于有限元分析的结构疲劳寿命疲劳是指材料或结构在长时间循环加载下的损伤积累过程。

对于工程结构而言，疲劳寿命是结构建造中非常重要的参数，对于确保结构的安全可靠性具有决定性作用。

本文将介绍基于有限元分析的方法来评估结构的疲劳寿命。

1. 疲劳寿命的背景和意义疲劳破坏在工程结构中是常见的失效形式之一。

由于结构在使用过程中经常受到循环加载的影响，例如机械设备的震动、桥梁的车辆荷载以及飞机机翼的气动载荷等，长时间的循环加载会导致结构中的缺陷或损伤逐渐累积，最终引发疲劳破坏。

因此，准确评估结构的疲劳寿命对于设计合理的结构以及保障结构的耐久性至关重要。

2. 有限元分析在评估疲劳寿命中的应用有限元分析是一种通过将结构离散化为有限数量的单元，再通过求解线性或非线性方程组来模拟结构行为的方法。

在评估结构的疲劳寿命时，有限元分析可以用来模拟结构在长时间循环加载下的响应，进而计算结构的应力和应变分布。

通过与材料的疲劳性能曲线相结合，可以预测结构在不同循环次数下的疲劳损伤情况。

3. 疲劳寿命评估的步骤（1）建立准确的有限元模型：从结构的几何形状、材料特性、边界条件等方面入手，建立准确的有限元模型。

模型的准确性对于评估疲劳寿命至关重要。

（2）进行疲劳载荷历程分析：根据结构所受的循环加载条件，通过有限元分析计算不同循环次数下的结构应力和应变。

（3）计算疲劳损伤：通过结合材料的疲劳性能曲线，将应力和应变转化为相应的疲劳损伤量。

（4）评估疲劳寿命：根据疲劳损伤的累积情况，通过疲劳寿命方程或者图表，进行疲劳寿命评估。

4. 有限元分析方法的优势和局限性（1）优势：a. 适用于各种类型的结构，包括钢结构、混凝土结构、复合材料结构等；b. 可以模拟复杂的加载条件和几何形态，提供准确的应力和应变分布；c. 可以评估结构的寿命，并优化设计以延长结构的使用寿命。

（2）局限性：a. 需要准确的边界条件和材料参数，模型准确性对结果有重要影响；b. 无法考虑结构的形态演化，对于疲劳寿命的评估存在一定的假设和简化。

工程塑料齿轮疲劳寿命有限元分析

Ｋｅｏｄ：ｎｉｅｉｇｐａｔｓＦＭ（ｎｔｅｍｅｔｏｏ）ｇａ；ａｉｅｗｌｍａｓｙｗｒｓｅｇｅｒｌｓｃ；Ｅｆｉｌｎｔｄ；ｅｒｆｔ；ｅｄｒｎｎｉｉｅｅｍｈｕｇｋ
１齿轮的疲劳破坏
塑料齿轮因其质量小、自润滑、吸振好、噪声低等优点在纺织、印染、纸和食品等传动载荷适中的轻工机械造中应用很广。
（ＨＰ）ｎｉｅｎａｔｓｅｒｉｏｔａｓｒｉｉｒｔｅｌｏｅｅｃｖｗｌｍｒ．ＴｅｔｄｏＵＭＷＥｅｇｅｉｐｓｃｇａｔｕｆｗｔｄｅｎｌｅｔｆｔｅｅａｓｈｈｓｆｎｒｇｌｉｗｈｌｏｗｈｆｅｖｓｈｄｅｉｄｋｆｆｅｍｏｓｎＡＳＳｔａａｚｈｔｅｌｅｈｄｂｅｏｔｎｄｙｕｉｈｃｌｏｔｅｎｈｒｃｏｅ，ｕｉＮＹｎｌｅｔｅａｉｕｉａｅｂｉｅ．Ｂｓｇｔｅａｔａｃｎａｔｄｌａｄｔｅｃａｋｍｄｌｇｏｙｆｇｆｎａｎｕｃｍｏ
疲劳是一种十分有趣的现象，当材料或结构受到
ｉｔ，ｔｅｎｄｔｓｈｃａｐａｉｅｕｄｒｎｒｌｒｉｇｃｎｉｏａｅｎｆｎｕ．Ａｎｅｈａｉｅｆｓｙｈｏｅｓｅｓｗｉｈｗｓａｔｏｆｔｕｎｅｏｍａｏｋｎｏｄｔｎｈｄｂｅｕｄｏｔｒｌｒｔｇｗｉｏｄｔｎｔｅｆｔｈｕｇｌｅｏｅｍａｉｍｔｓｏｅｈｄｂｅｎｌｚｄｂｍｐｒｎ－ｃｒｅａｄｕｉｇＭｉｅｃｕｌｔｄｆｔｅｔｅｒ．ｉｆｔｘｕｓｅｓｎｄａｅｎａａｙｅｙｉｏｔｇＳＮｕｖｎｓｎｒａｃｍｕａｅａｉｈｏｙｆｈｒｉｎｕｇＡＮＹＳｆｔｕｎｙｉｓｏｄｔａｈｏａｉｎｏｌｉｇｄｆｃｓｈｓｇｅｔｎｕｃｎｔｅｆｔｅｌｅｏｅｇａ．Ｓａｉｅａａｓｓｈｗｅｈｔｅｌｃｔｆｇｌｔｏｍｅｄｎｅｅｔａｒａｌｉｆｎｅｏａｉｆｆｅｒｙｌｈｕｇｉｈｔ

基于有限元法的结构疲劳分析及寿命预测

基于有限元法的结构疲劳分析及寿命预测疲劳是结构材料在长期受到重复载荷作用下产生破坏的一种现象。

疲劳问题在工程领域中具有重要意义，对于确保结构的可靠性和安全性至关重要。

而基于有限元法的结构疲劳分析及寿命预测是一种常用的方法。

一、有限元法的概述有限元法是一种在计算机上求解结构力学问题的数值方法。

它将复杂的结构离散为多个简单的单元，在每个单元内进行数值计算，并通过单元之间的边界条件传递信息。

在结构疲劳分析中，有限元法能够很好地模拟结构的实际工作状态和受力情况，从而评估结构在长期加载下的疲劳寿命。

二、结构疲劳的成因结构疲劳的成因可以归结为两个方面：载荷和材料。

首先，结构受到的载荷可以是静态的或动态的，也可以是周期性的或随机的。

不同类型的载荷都会对结构产生损伤，进而导致疲劳破坏。

其次，材料的特性也会对结构的疲劳性能产生重要影响。

材料的韧性、强度、硬化行为等都会影响结构的疲劳性能。

三、结构疲劳分析的步骤基于有限元法的结构疲劳分析主要包括以下几个步骤。

首先，确定结构的受力情况和载荷条件。

这些信息可以通过实验测试或工程经验来获取。

其次，建立结构的有限元模型。

在模型建立时，需要考虑结构的几何形状、材料性质以及边界条件等。

然后，进行疲劳分析计算。

通过有限元法求解结构的应力、应变分布，并结合材料的疲劳本构关系，计算结构在不同载荷作用下的疲劳寿命。

最后，评估结构的安全性。

根据计算得到的疲劳寿命，判断结构是否达到设计或使用要求，并进行寿命预测。

四、结构寿命预测方法结构寿命预测是基于有限元法的结构疲劳分析的关键环节。

目前，常用的结构寿命预测方法主要有两种：直接计数法和损伤累积法。

直接计数法是根据结构所受到的疲劳载荷和材料的疲劳寿命曲线，直接计算出结构的疲劳寿命。

而损伤累积法是将结构的疲劳破坏看作是材料的损伤积累。

通过计算结构的损伤积累程度，进而预测结构的寿命。

五、结构疲劳分析的应用基于有限元法的结构疲劳分析及寿命预测在工程领域中具有广泛的应用。

齿轮强度有限元分析疲劳仿真接触应力弯曲应力硕士论文

发动机前端齿轮应力及寿命分析【摘要】齿轮传动是机械传动系统中应用最广泛的传动机构,它具有功率范围大、传动效率高、传动比准确、使用寿命长、工作安全可靠等特点。

随着近代科学技术与工业生产的迅速发展,齿轮传动逐渐向高速、重载、低噪声、高可靠性的方向发展,这也对齿轮传动装置的承载能力提出了更高的要求,所以现代齿轮设计中对齿轮传动系统的静、动态特性提出了更高的要求。

运用传统分析方法无法形象地得到齿轮传动中齿轮的应力分布状况,而采用有限元分析法可以直观、形象地对齿轮传动过程中的各种工况进行模拟和分析,为齿轮的设计提供有力的支持。

本文基于CAD/CAE软件,对发动机前端齿轮做了以下几方面工作：1.建立三维渐开线齿轮借助基于SolidWorks2008的集成第三方插件GearTrax2008,建立标准的渐开线齿轮。

在SolidWorks2008中,通过绘制渐开线的方法创建渐开线齿轮十分复杂；而在GearTrax2008中只需输入指定的参数,软件便会自动生成符合条件的渐开线齿轮。

将生成的渐开线齿轮在SolidWorks中进行无干涉装配。

2.齿轮弯曲和接触应力的有限元应力计算将三维渐开线齿轮模型导入有限元分析软件ABAQUS中,对模型及其边... 更多还原【Abstract】 Gear transmission is the most widely used in thetransmission mechanism in mechanical drive system. It has features of power range, high transmission efficiency and transmission ratio accurate, long service life, work safety and reliability, etc. With the rapid development of modern scienceand technology and industrial production, gear transmission develops gradually to high-speed, overlap, low noise and high reliability. All these put forward higher request to carrying capacity of the gear tra... 更多还原【关键词】齿轮强度；有限元分析；疲劳仿真；接触应力；弯曲应力；【Key words】gear strength；finite element analysis；fatigue simulation；contact stress；bending stress；摘要5-7ABSTRACT 7第一章绪论11-161.1 本文研究背景及意义11-121.2 齿轮研究的现状与发展趋势12-131.2.1 齿轮强度研究的历史与发展121.2.2 齿轮CAD/CAE的研究现状与发展12-131.3 疲劳研究的历史及发展13-151.3.1 疲劳研究的历史13-141.3.2 疲劳仿真的发展14-151.4 本文研究的主要内容15-16第二章发动机前端齿轮的三维建模及接触理论16-222.1 发动机前端齿轮简介16-172.2 前端齿轮的三维建模17-182.3 赫兹接触理论18-22第三章齿轮接触和弯曲应力的有限元计算22-543.1 有限单元法及有限元软件简介22-263.1.1 有限单元法22-243.1.2 接触问题有限元法介绍24-253.1.3 有限元软件简介25-263.2 齿轮中接触应力的有限元计算26-443.2.1 非线性有限元理论273.2.2 接触应力的有限元计算27-363.2.3 计算结果的处理与分析36-443.2.4 摩擦力对接触应力的影响443.3 齿轮中弯曲应力的有限元计算44-543.3.1 弯曲应力的有限元计算45-493.3.2 弯曲应力的对比分析49-54第四章齿轮疲劳寿命的仿真分析54-684.1 疲劳的基本概念544.1.1 疲劳的特点544.2 疲劳理论54-594.2.1 疲劳累积损伤理论54-564.2.2 疲劳设计方法56-584.2.3 疲劳载荷谱的获取与处理58-594.2.4 材料的疲劳性能594.3 齿轮疲劳寿命仿真计算59-654.3.1 MSC.fatigue简介604.3.2 疲劳仿真分析及结果60-654.4 影响疲劳寿命的主要因素65-68第五章总结与展望68-705.1 总结685.2 展望68-70参考文献【索购全文】Q联系Q：138113721 Q联系Q: 139938848全文提供服务费：25元RMB 即付即发支付宝账号：xinhua59168@【说明】1、本站为中国学术文献总库合作代理商，作者如对著作权益有异议请与总库或学校联系；2、为方便读者学习和引用，我们可将图片格式成WORD文档，费用加倍。

基于有限元分析的零部件疲劳寿命预测

基于有限元分析的零部件疲劳寿命预测引言在制造业领域，零部件的疲劳寿命预测对于确保产品的安全性和可靠性至关重要。

而基于有限元分析的疲劳寿命预测方法由于其高效性和准确性，成为了工程领域中被广泛采用的一种预测工具。

本文将探讨基于有限元分析的零部件疲劳寿命预测的原理和应用，并介绍一些相关的研究进展。

一、有限元分析的原理有限元分析是一种工程数值计算方法，通过将连续体划分成有限数量的元素，建立数学模型，并应用边界条件和材料性能参数，模拟实际工程中的变形和应力分布。

在零部件疲劳寿命预测中，有限元分析可以用来确定材料在加载作用下的应力和应变状况，进而用来预测零部件的疲劳寿命。

有限元分析的基本步骤分为几何建模、网格划分、边界条件的设定和结果分析。

首先，根据实际零部件的几何形状建立三维CAD模型，并将模型导入有限元分析软件中。

然后，将模型进行网格划分，将连续体分割成许多小的有限元素，并将节点与边、面相连。

接下来，设置加载条件和边界条件，确定零部件的力学环境和边界限制。

最后，进行有限元分析，计算每个节点和单元的位移、应力和应变。

通过对应力、应变场的分析，可以进行疲劳寿命预测。

二、常见的疲劳寿命预测方法1. 基于应力的疲劳寿命预测基于应力的疲劳寿命预测方法是最常用的一种方法。

该方法通过对有限元分析结果进行应力场的提取和分析，计算零部件中的最大应力，并与材料的疲劳极限强度进行比较，从而判断零部件的寿命。

常用的方法有极大应力法、切应力法和本征应力法等。

2. 基于应变的疲劳寿命预测基于应变的疲劳寿命预测方法是通过对应变场的提取和分析，计算零部件中的最大应变，并与材料的疲劳极限应变进行比较，来进行寿命预测。

该方法对于复杂的零部件尤为适用，常用的方法有最大剪应变法和应变幅值法等。

3. 基于损伤的疲劳寿命预测基于损伤的疲劳寿命预测方法是通过定义损伤指标，结合应力或应变的历程信息，计算零部件中的累积损伤，从而进行寿命预测。

损伤累积法和准则损伤法是常用的方法，能够较好地考虑材料在循环载荷下的损伤积累效应。

齿轮弯曲疲劳寿命有限元计算方法研究

关键词：齿轮；弯曲疲劳；寿命计算
中图分类号：Ｏ３４６１２ＴＨ１１４
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７３－３１４２（２００６）０１－００４０－０３
ＮｅｗＭｅｔｈｏｄｆｏｒＢｅｎｄｉｎｇＦａｔｉｇｕｅＬｉｆｅＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆＧｅａｒ
１，２
１
ＷａｎｇＧｕｏｊｕｎＹａｎＱｉｎｇｄｏｎｇ
参考文献
［１］赵少汴，王忠保．抗疲劳设计．北京：机械工业出版社［Ｍ］，１９９７：１７６［２］卢梅，陶晋，史铁军．２５Ｃｒ２ＭｏＶ离子渗氮齿轮疲劳强度的试验．机械传动［Ｊ］，１９９４，２４（１４）［３］卢梅，陶晋，熊和根．２５Ｃｒ２ＭｏＶ离子渗氮齿轮弯曲疲劳可靠度研究．北京：北京科技大学学报［Ｊ］，１９９９，２１（６）
２００６年第１期（总第１７４期）
农业装备与车辆工程ＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＡＬＥＱ农Ｕ业ＩＰ装ＭＥ备Ｎ与Ｔ车＆辆ＶＥ工Ｈ程ＩＣＬＥＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ
Ｎｏ．１２００６２（０Ｔ０６ｏｔａ年ｌｌｙ第１１７４期）
齿轮弯曲疲劳寿命有限元计算方法研究
１，２
２
王国军闫清东
（１．北京理工大学机械与车辆工程学院，北京１０００８１；２．军事交通学院汽车工程系，天津３００１６１）
对单面受载的齿轮，齿根弯曲疲劳应力为脉动
载荷，应力比为０，而材料疲劳应力的应力比为－１，
所以需要对公式（１）的左侧项 σｅｑ进行平均应力修
正，换算为平均应力为０的疲劳应力；同时由于齿轮
为缺口件，所以采用ＧＯＯＤＭＡＮ方法进行修正，如