基于有限元的预应力陶瓷压砖机立柱疲劳寿命分析
陶瓷液压压砖机立柱结构的疲劳分析与研究
根据 经典 疲 劳理 论 原 理 , 变 应 力 的 幅 值 是 影 响 交
疲 劳强 度 的主要 因素 之一 , 应力 的 幅值 越高 , 安全 系 其 数越 低 , 即疲 劳 寿命越 短 。 因此 , 设计 中尽 可 能地 降 在 低立 柱 工作 时 的应力 幅值 是提 高立 柱抗 疲 劳性 能 的有
计计 算 ; 当工 作 次 数 为 1 一l 时 , O 0 要进 行 疲 劳 强 度 校核 ; 当工 作 次 数 >17时 按 无 限 寿 命ห้องสมุดไป่ตู้设 计 。 由 于 陶 0
瓷 压砖机 的工作 频率 高 , 以及 采 用 连 续 运行 的工 作 制
式 , 常情 况下 日工作 循环 次数 都 在 1 一2万 次 , 通 万 小
按无 限寿命设 计 时 , 安 全 系 数 要高 于 疲 劳校 核 其
前 言
陶瓷 液压压 砖 机 由于 长期 处 于满 负 荷 、 夜不 停 昼 的连续性 运行 的 恶 劣工 况 , 其 主要 的受 力 部件—— 故 机架必 须具备 超强 的抗疲 劳性 能 。这 是 陶瓷压砖 机 区 别 于其 它任何行 业 压 力机 最 主 要 的特 征 之 一 , 是 当 也 代 陶瓷压砖机 为 了进 一 步提 高 机 架 的可 靠 性 和 寿命 , 需 要不 断研究 和解 决 的主要课题 之一 。 立 柱是 压砖机 机架 中最 主要 的受 力件 。梁 柱型 压 砖机 的立柱 主要有 简式立 柱结 构和复 式立 柱结 构两种 形式 。简式立 柱结 构 通 常适 用 于 中小 型 压 砖 机 , 立柱
的 中段上 、 下设有定 位 台 阶用 于支 承 上 、 梁 , 柱预 下 立 紧要两 端分 别预 紧 , 种 立柱 的 中段 承受 较 大 的 脉 动 这
基于有限元法的结构疲劳寿命
基于有限元法的结构疲劳寿命疲劳失效是结构工程中常见的问题之一。
在长时间的运行过程中,材料内部会受到反复载荷作用,导致微小的损伤和裂纹的产生。
这些裂纹在应力集中区域逐渐扩展,最终导致结构的疲劳失效。
为了预测结构的疲劳寿命,从而保证结构的安全可靠性,工程师们采用了各种方法和技术。
其中,有限元法被广泛应用于疲劳分析和寿命预测,它可以通过模拟结构在实际工作载荷下的变形和应力分布,来估计结构的疲劳寿命。
1. 有限元法简介有限元法是一种数值计算方法,它将结构划分为有限数量的子域,称为有限元,然后通过数学模型和物理方程来描述每个有限元的行为。
这些有限元之间的连接形成了整个结构的模型,可以进行应力、应变和振动分析。
在疲劳分析中,有限元法可以用来模拟结构在不同载荷下的变形和破坏情况,进而预测其疲劳寿命。
2. 有限元法在疲劳分析中的应用2.1 确定结构的荷载历程在进行疲劳分析之前,首先需要确定结构在使用寿命内的载荷历程。
这可以通过实测数据、实验或理论计算等方式获取。
有限元法可以将这些载荷历程加载到结构模型中,模拟结构在实际使用条件下的应力和应变分布。
2.2 建立疲劳损伤模型疲劳寿命是指结构在反复载荷作用下可承受的最大循环次数。
为了建立疲劳损伤模型,需要将材料的疲劳性能曲线和应力集中系数考虑进去。
有限元法可以通过将结构分割成许多小的子域,来模拟不同载荷下的应力和应变集中情况,进而计算出结构的疲劳寿命。
2.3 进行寿命预测有限元法可以帮助工程师们确定结构在特定工况下的疲劳寿命,并做出维修、更换或加固决策。
通过对结构的数值模拟和分析,可以预测材料在实际使用过程中的疲劳寿命,从而及时采取相应的措施,保证结构的安全可靠性。
3. 有限元法的优缺点3.1 优点(1)可以模拟复杂加载条件下结构的应力和应变分布,提供较为准确的疲劳寿命预测结果。
(2)可以通过改变加载条件、几何参数等进行敏感性分析,优化结构设计和材料选用。
(3)计算结果直观,可以通过颜色图等形式直观了解结构的应力和应变状态。
基于有限元方法的桥梁结构疲劳寿命分析及评估研究
基于有限元方法的桥梁结构疲劳寿命分析及评估研究摘要:本文旨在研究基于有限元方法的桥梁结构疲劳寿命分析及评估。
疲劳是桥梁结构中的重要问题,可能导致严重的安全问题。
为了提高桥梁结构的安全性和可靠性,我们将深入研究有限元方法在疲劳寿命分析中的应用。
本文将分为三个主要方面来探讨这一问题。
关键词:桥梁结构、有限元方法、疲劳寿命分析、安全性、可靠性引言:桥梁是现代社会中不可或缺的基础设施之一,它们承载着车辆和行人的重要交通流量。
然而,桥梁结构的长期使用和受力环境可能导致疲劳损伤,这是导致桥梁损坏的主要因素之一。
为了确保桥梁的安全性和可靠性,我们需要深入研究桥梁结构的疲劳行为。
有限元方法是一种广泛应用于工程领域的数值分析技术,它可以用来模拟和分析桥梁结构的疲劳性能。
本研究旨在探讨基于有限元方法的桥梁结构疲劳寿命分析及评估,以提供更好的桥梁设计和维护指导。
1. 有限元模型的建立1.1 桥梁结构的几何建模在进行基于有限元方法的桥梁结构疲劳寿命分析和评估之前,首要任务是建立准确的有限元模型,该模型必须准确地反映出桥梁的几何形状。
几何建模是整个有限元分析的基础,其准确性直接影响到后续分析的可信度和精确性。
(1)几何建模的第一步是获取桥梁结构的详细几何信息,包括桥梁的长度、宽度、高度、支座位置、跨度等关键参数。
这些参数必须以数字化的方式进行测量和记录,通常使用激光测量仪、全站仪或三维扫描技术来获取高精度的几何数据。
这些数据作为几何模型的输入,为后续有限元模拟提供了可靠的基础。
[1](2)接下来,我们需要将桥梁的几何形状转化为有限元模型中的有限元网格。
这一步通常涉及到网格划分技术,其中桥梁结构被分解为许多小的有限元单元,如三角形或四边形。
这些单元的组合形成了整个结构的有限元网格。
合适的网格划分对于模拟复杂结构的行为至关重要,因为它直接影响到分析的精确性和计算的效率。
(3)几何建模还需要考虑桥梁结构中的各种细节,如横梁、支座、支撑结构等。
基于有限元法的机械疲劳寿命预测方法的研究_吕凯波
( 英文摘要转第 117 页)
2008 年第 6 期 机 械 工 程 与 自 动 化
·11 7·
形状与 3 阶类似, 呈一种垂直关系, 这里不再赘述。 第5 阶模态振型见图7, 它以2 条相互垂直的直径
式( 2) 、式( 4) 中的6 个材料常数K ′、n′、b、c、Ef ′、
Rf ′既可以通过试验得到, 也可以通过近似方法估算。
M SC. F AT IGUE 就提供了通过材料的强度极限与弹
性模量来估算循环特性参数。
图 2 弯矩作用时的 M ises 应力分布图
图 3 扭矩作用时的 M ises 应力分布图
下面以一阶梯轴为例来实际操作应用该软件。 2 应用实例
阶梯轴尺寸见图 1, 材料为 Q420, 有弯曲与扭转 两种载荷, 其载荷历程都假设按正弦规律变化。其中, 弯矩的等效力为12 000N, 扭矩大小为2 550Nm。边界 条件假设为左端固定, 右端加载。分成 3 种工况来研 究, 其各自的Von Mises 应力分布分别见图2~图4, 图 5 为寿命计算结果显示界面。而后对比其应力和寿命, 见表 1。
M SC. F AT IGUE 就为实现此技术提供了软件平 台。 1 软件简介
M SC. F AT IGUE 是由M SC 公司和nCode 公司共 同开发的一套大型高级软件包, 它将已有的有限元计算 结果作为输入, 进一步分析结构的疲劳寿命, 可以允许 用户选择有限元模型任一细节进行疲劳寿命分析。同
图 7 第 5 阶模态振型图
6 阶及更高模态由于转速非常高, 一般发动机中 很少出现, 但作为理论分析可以了解一下。第10 阶模 态的变形情况见图8, 可以看出, 整个涡轮都承受着比 较均匀的力, 但是有几个叶片( 包括故障叶片) 已发生 严重的振动过大现象, 所以说, 如果将来航空发动机 转子转速有大幅度提高的话, 那么叶片的结构、强度 方面也要重新作相应的设计。 3 结论
基于扩展有限元法的复杂结构疲劳寿命仿真分析
基于扩展有限元法的复杂结构疲劳寿命仿真分析概述:疲劳问题是工程实践中不可忽视的一个方面。
在复杂结构的设计和使用过程中,疲劳失效可能会导致严重的安全问题。
因此,通过寿命仿真分析来评估和预测复杂结构的疲劳寿命显得尤为重要。
本文将介绍一种基于扩展有限元法的疲劳寿命仿真分析方法,并以某飞机翼盒结构为例,进行详细说明。
第一部分:常见的疲劳分析方法及其局限性常见的疲劳分析方法包括静力法、模态叠加法和疲劳损伤累积法。
然而,这些方法都有一定的局限性。
静力法无法考虑结构的动力相互作用,模态叠加法无法考虑非线性效应,而疲劳损伤累积法的计算复杂度较高。
因此,为了更准确地评估和预测复杂结构的疲劳寿命,本文提出了一种基于扩展有限元法的方法。
第二部分:基于扩展有限元法的疲劳寿命仿真分析方法基于扩展有限元法,可以将扩展有限元模型(XFEM)与疲劳损伤累积法相结合,从而更准确地分析疲劳寿命。
首先,在原有的有限元模型基础上,采用XFEM技术对可能出现疲劳损伤的区域进行扩展建模。
然后,考虑到疲劳寿命受到不同工况和载荷谱的影响,使用疲劳强度因子和疲劳损伤累积法来计算结构的疲劳寿命。
第三部分:飞机翼盒结构疲劳寿命仿真分析案例以某飞机翼盒结构为例,进行疲劳寿命仿真分析。
首先,根据实际的结构参数和工作载荷谱,建立起初始的有限元模型。
然后,根据模型中的关键部位,利用XFEM技术对可能出现疲劳损伤的区域进行扩展建模。
接下来,根据工况和载荷谱,利用疲劳强度因子和疲劳损伤累积法计算翼盒结构的疲劳寿命。
最后,通过仿真结果,评估结构的安全性并提出相应的改进方案。
结论:本文介绍了一种基于扩展有限元法的复杂结构疲劳寿命仿真分析方法,并以飞机翼盒结构为例进行了详细说明。
通过该方法,可以更准确地评估和预测复杂结构的疲劳寿命,从而指导结构设计和维护工作。
然而,该方法仍然存在一些局限性,如对材料的本构模型选择较为敏感,未考虑温度和湿度等环境因素的影响。
因此,今后的研究可以进一步完善该方法,提高其实用性和准确性。
基于有限元的疲劳分析方法及实践
基于有限元的疲劳分析方法及实践基于有限元的疲劳分析方法及实践疲劳是物体在循环荷载作用下发生的连续循环应力引起的损伤和破坏过程,对于工程结构的安全可靠性至关重要。
为了预测和评估结构在长期使用中的疲劳寿命,我们需要进行疲劳分析。
有限元方法是一种广泛应用的用于疲劳分析的数值模拟方法,它能够预测结构在不同应力循环下的寿命和破坏。
有限元方法基于结构的离散化,通过将结构划分为多个小单元来近似描述结构的力学行为。
在疲劳分析中,有限元方法可以应用于确定结构在复杂载荷历程下的应力和应变分布,并进一步评估结构的寿命。
下面将介绍有限元疲劳分析的基本步骤和实践经验。
首先,进行有限元模型建立。
有限元模型是指根据结构的几何形状和物性参数,以及实际工作条件建立的数值模型。
通过使用计算机辅助设计软件,我们可以将结构的几何形状进行精确建模,并定义结构中的材料参数和加载条件。
其次,确定结构的应力循环历程。
在实际工作中,结构往往会受到多种复杂的载荷作用,在疲劳分析中需要对这些载荷进行定量描述。
一般情况下,我们可以通过实验测量或者数值模拟来获取结构在不同工况下的应力循环历程。
接下来,进行疲劳寿命预测。
通过有限元分析软件,可以计算出结构在不同应力循环下的应力和应变分布。
利用经验公式或者材料的疲劳性能曲线,可以计算出结构在不同应力循环下的疲劳寿命。
疲劳寿命预测是疲劳分析的核心内容,它可以帮助工程师判断结构的安全性,进而进行优化设计。
最后,进行疲劳寿命验证。
在疲劳寿命预测的基础上,需要通过一定的实验验证来确定与有限元分析结果的一致性。
疲劳试验可以使用转子转速、台阶加载或实际工况加载等方法进行,通过实验可以验证有限元模型的准确性和可靠性。
对于疲劳分析的实践经验,有以下几点需要注意:1.准确建立有限元模型。
有限元模型的准确性关系到疲劳分析结果的可靠性。
在建模过程中,需要仔细考虑结构的几何形状、边界条件和材料参数等因素,确保模型与实际工程结构相匹配。
毕业设计---压砖机的有限元分析
XX学院设计说明书课题:压砖机的有限元分析子课题:同课题学生姓名:专业学生姓名班级学号指导教师完成日期第1章绪论1.1 课题研究背景液压压砖机是陶瓷工业中用于墙地砖压制成形的必不可少的机械设备。
目前我国在实际生产中采用的压砖机类型主要有钢丝缠绕型液压压砖机、开式液压压砖机、闭式液压压砖机等类型,但工作时都普遍存在压砖机变形较大,刚性较差,而压砖机的强度、刚度将直接影响到零件加工精度、压砖机导轨的磨损和模具的寿命等。
因此如何优化压砖机结构,提高压砖机的静态、动态特性,同时又能降低压砖机的结构重量,对于液压压砖机的设计尤为重要。
随着科学技术的发展,压砖机正向大吨位、高精度和高速度发展。
要保证这些大吨位、高精度和压砖机的正常工作,首先应该在设计压力机压砖机时必须保证有足够的强度和刚度,同时考虑工作时的压力机的振动情况。
目前我国压力机压砖机的设计至今大多沿用经验、类比的传统设计方法,设计出的压砖机不仅性能差,结构笨重,速度、精度提不高,而且设计周期长,制造成本高,更新换代慢,国产高档次的压力机领与国外压力机相比存在很大的差距。
随着中国加入W'TO,中国的制造企业的形势将变得更加严峻,并面临更为强大的竞争对手,为此,中国的压力机制造企业必须改变原有的传统设计方法,以先进的设计制造手段作为技术支撑,来提高我国压力机的设计与制造水平,在新的市场环境中积极参与竞争。
随着CAD/CAM/CAE技术的日益普及和应用,有限元方法等现代结构分析方法己为工程技术设计人员广为认识和发展,在压砖机设计中得到广泛的应用,并取得了显著的技术经济效益。
1.2 国内外全自动液压压砖机研究现状与发展趋势1.2.1国外全自动液压压砖机的发展世界各国生产陶瓷砖除了塑性法、注浆法成型坯体之外,只要是采用颗粒状粉料压力成型工艺的基本上都是走过手工锤打→半机械化的摩擦压力锤→机械式压力机→摩擦—液压机成型→全自动液压机成型的道路。
因此,当今各地企业选用的自动液压压砖机其实是实践经验总结的应用,是目前最普遍最先进的方法,但不是唯一的方法。
陶瓷液压机上横梁的有限元疲劳寿命研究
极限 I0 8 MP, 最大工作压 力为 2 00 N, 10 k 每根拉杆的预紧力为
5.M N 。 5
由图 l可知 , 梁是一个结 构对 称的零件 , 横 因此 , 可取其 四分之一进行有限元分析。 这样既可 以增加计算单元的数 目,
图 1 横 梁 的 三 维 模 型
Fg1 3 o e f h e m i. D m d l e b a ot
21 液 压 机 横 梁 的 一般 参数 . 横梁的材料 为铸 钢 , 号为 Z 2 0 5 , 牌 G 7— 0 其特性 系数及力
设计提供参考 。
学性 能如下 : 屈服极 限 2 0 a 强度极 限 5 0 a 7MP , 0 MP , 对称循环
2 压机上横 梁的有限元分析
决定陶瓷液压机 上横梁寿 命最重要 的一个数据是上横梁
图 2 横 梁 的 有 限 元模 型
Fg2 Fii lm e tmo e f h e m i. nt ee e n d l e b a ot
收稿 日] 2 1-0 2 明: 00 1— 4
通汛联系人 : 吴南星 , — a : n 16 @13 o E m iw x98 6 . m l c
s m pe on a ldp Jt
单位 : a MP
图 4 横 梁 R 0圆弧 处 V n mie 4 o - s s应 力云 图放 大 图 Fg4V nMi ssrs ntep ro 4 ma n i ) i. o s t so at R 0( g i d e e h f f e
21 0 1年 第 1 期
中 国 陶 瓷 工 业
2 1
表 1 各 个 循 环 次 数 下 的应 力极 限
T b 1Ulmae sr s ie e tn mb r f y ls a. t t t s f df r n u e ce i e or oc
基于有限元法的汽车构件疲劳寿命分析
第21卷第2期 2008年4月
机械研究与应用 MECHANICAL RESEARCH&APPUCAlrl0N
Vol 2l No 2
2008硝
AMS计算输出路面载荷谱.DAC文件。
图5载荷时间历程 5.2建立有限元模型
在PATRAN中采用%a6和TetlO单元对其进行 划分,划分完后模型的单元数是9310个,节点数 4656个。划分后的有限元模型如图6所示。
机械研究与应用 MECHANICAL RESEARCH&APPLICATION
第2l卷第2期 2008年4月
在MSC.Fatigue软件中计算得到对应的安全因 子云图和疲劳寿命对数云图如图9、10所示。表1为 危险区疲劳损伤值最大节点的疲劳寿命、对数疲劳寿 命、疲劳损伤和安全系数值。
图10下控制臂对数疲劳寿命云图 表l下控制臂危险区节点的疲劳分析结果
由分析结果可看出,整体上下控制臂的疲劳强度 足够,疲劳寿命均超过了工程上循环lOE6次的要 求;存在疲劳强度薄弱处。但危险区最小安全因子 1.03,安全系数偏小,存在疲劳破坏的隐患。最低疲 劳寿命1.74E6次循环,载荷时间历程50s,则下控制 臂时间寿命I.74E6·50=8。70E7s,共计24167h。若 每天行驶8h,换算后得到寿命约8.3年。因此,该下 控制臂存在应力集中现象,在长期的变化载荷作用下 会产生破坏。由于条件的限制.。无法进行试验对比, 因此本文仿真结果有待试验验证。 7 结语
对于悬架系统,采用额定载荷作用下的单轮跳动 进行仿真。采用B级路面谱模拟路面状态如图4所 示,用C语言编辑路面谱,将.txt的程序文件读人
ADAMS。 .
图4 B级路面谱
图2多体有限元疲劳分析流程图
利用三维造型软件UG和机械系统动力学仿真 软件ADAMS/View,按照ADAMS建模的要求建立该 型轿车悬架的虚拟模型。如图3所示。
基于有限元法的机械结构疲劳寿命模拟
基于有限元法的机械结构疲劳寿命模拟近年来,随着科技的不断发展和人们对高质量、高强度机械结构的需求增加,疲劳寿命模拟成为了一个备受关注的研究领域。
机械结构在运行过程中所承受的反复载荷和应力往往会导致疲劳损伤,在严重情况下可能引发结构的破裂甚至事故。
因此,通过模拟机械结构的疲劳寿命,可以为结构设计和改进提供指导和参考,有效提高结构的可靠性和安全性。
有限元法是一种常用的结构力学分析方法,通过建立结构的有限元模型,将结构离散成小块,再通过求解这些小块的力学方程,获得结构的应力、位移等信息。
基于有限元法的机械结构疲劳寿命模拟的关键是确定结构在反复载荷下的疲劳损伤演化情况。
疲劳寿命模拟可以分为两个主要的步骤:第一步是确定结构的应力历程。
在实际应用中,结构常受到多种载荷的作用,如恒定加载、往复加载等。
通过有限元分析,可以获得结构在这些载荷下的应力分布情况,并据此确定结构的应力历程。
第二步是根据应力历程计算结构的疲劳寿命。
疲劳寿命是指结构在特定应力水平下能够承受多少次往复加载,通常使用S-N曲线表示。
通过计算结构的应力历程与S-N 曲线的交点,可以得到结构的疲劳寿命。
在进行基于有限元法的疲劳寿命模拟时,需要考虑多种因素。
首先是材料的疲劳性能,不同材料的疲劳寿命差异很大。
因此,在进行疲劳寿命模拟时,必须选择相应的材料疲劳参数。
其次是结构的载荷情况,应力历程的准确性直接影响到疲劳寿命的准确性。
在实际应用中,往往需要进行多种载荷的叠加,如周期性载荷与随机载荷的叠加。
此外,还需要考虑结构的几何形状和边界条件等。
尽管基于有限元法的机械结构疲劳寿命模拟方法已经取得了显著的进展,但仍然面临一些挑战。
首先是模拟精度的提高,由于结构的疲劳寿命与多个因素相关,如载荷、材料、几何形状等,因此需要考虑更多的因素以提高模拟精度。
其次是计算速度的提高,随着模拟的复杂度增加,计算时间也相应增加,这对于实际工程应用来说是一个挑战。
因此,研究人员需要不断探索新的算法和方法,以提高计算速度和精度。
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。
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。
基于有限元方法的机械结构疲劳强度分析
基于有限元方法的机械结构疲劳强度分析疲劳强度分析是机械结构设计中的重要一环,通过分析结构在工作循环载荷下的疲劳破坏情况,可以评估结构的寿命和可靠性。
有限元方法作为一种广泛应用于结构分析的数值方法,被广泛应用于机械结构疲劳强度分析中。
在进行疲劳强度分析前,首先需要建立结构的有限元模型。
有限元模型的建立是基于结构的几何形状和材料特性,通过将结构离散化成多个小单元来进行近似计算。
常见的有限元单元包括三角形单元和四边形单元,可以根据结构的复杂程度选择合适的单元类型。
在有限元模型建立好后,需要确定结构的工作载荷和载荷周期。
根据实际工况和设计需求,可以分析结构在不同工况下的疲劳强度。
通过在有限元模型上施加工作载荷,并对结构进行振动分析,可以得到结构在周期性载荷下的应变、应力等参数。
接下来,需要选择适当的疲劳强度准则。
常见的疲劳强度准则包括极限应力准则和极限应变准则。
极限应力准则通常适用于金属结构的疲劳强度分析,通过比较结构在周期性载荷下的最大应力与其材料的抗拉强度来评估结构的疲劳强度。
而极限应变准则适用于复合材料等非金属材料的疲劳强度分析,通过比较结构在周期性载荷下的最大应变与其材料的拉伸疲劳极限来评估结构的疲劳强度。
最后,通过有限元分析软件进行疲劳强度计算。
有限元分析软件可以根据给定的有限元模型、载荷和疲劳准则,自动进行疲劳强度计算,并输出结构的寿命和疲劳强度曲线。
通过对不同参数的调整和分析结果的对比,可以优化结构的设计,提高其在疲劳工况下的可靠性和寿命。
除了基本的疲劳强度分析方法,还有一些改进和拓展的技术。
比如,可以考虑结构的局部缺陷或孔洞对疲劳强度的影响;可以进行多尺度分析,将宏观结构的疲劳行为与材料的微观组织特征相联系;还可以结合试验数据进行有限元模型的验证和修正,提高分析结果的准确性。
总之,基于有限元方法的机械结构疲劳强度分析是一项重要的工作。
通过合理建立有限元模型,选择适当的载荷和疲劳准则,并运用有限元分析软件进行计算,可以全面评估结构在工作循环载荷下的疲劳性能,为结构的设计和优化提供科学依据。
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。
基于有限元法的结构强度与疲劳分析
基于有限元法的结构强度与疲劳分析结构强度和疲劳分析是工程设计中至关重要的一部分,它们可以帮助工程师评估和改善结构的性能和寿命。
而其中一种常用的方法就是有限元法,它是一种数值分析方法,通过划分结构为有限个小单元,再进行力学计算和疲劳估算。
有限元法的基本原理是将结构分割为离散的有限元素,然后根据材料特性、力学原理和数学公式来计算每个元素内的应力与应变。
这些元素之间通过节点相连接,形成整个结构的离散网络。
有限元法的优势在于它能够模拟真实结构的几何形状,并充分考虑材料的性能,从而提供精确的分析结果。
在结构强度分析中,有限元法可以帮助工程师评估结构在静载荷和动载荷下的承载能力。
首先,通过施加静态加载来模拟产生应力的力作用,然后根据结构的物理特性和材料的力学行为,计算应力场。
强度分析的目的是确定结构是否满足设计要求,包括最大应力、变形、稳定性等指标。
如果有任何不合格的结果,工程师可以通过修改结构几何形状或材料参数等方法来增加结构的强度。
除了强度分析,疲劳分析也是有限元法的重要应用之一。
疲劳是结构在循环加载下逐渐发展的损伤过程。
有限元法可以模拟长期疲劳加载下应力的迁移和积累。
在疲劳分析中,工程师需要估算结构上的应力历程,并使用S-N曲线来确定材料的疲劳性能。
通过分析疲劳寿命和裂纹扩展等指标,可以帮助工程师预测结构在实际使用中的损伤和失效情况,为设计提供参考,并采取适当的措施来提高结构的疲劳寿命。
然而,有限元法也存在一些局限性和挑战。
首先,有限元法是基于离散网格的方法,所以对于结构的几何形状、材料的非线性行为和动态响应往往会有一定的近似。
其次,有限元法需要大量的计算资源和时间,尤其是对于复杂的结构和加载条件。
此外,由于有限元方法是一种数值近似方法,它对模型的准确描述以及输入参数的合理选择都有一定的要求。
总体而言,基于有限元法的结构强度和疲劳分析是工程设计中不可或缺的工具。
它能够帮助工程师了解和评估结构的性能,并进行必要的改进。
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。
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图 3 立柱应力云图
Fg3 St s o t u lt fte c lm n i. r sc no r o ou e p o h
柱的危险截面位于立柱 与横梁接触的凸出部分的底 部, 它是整个立柱最容易发生疲劳破坏的位置。
第 3 卷第 3 2 期
2 1 年 9月 01
《 陶瓷学报》
J OURNAL OF CE RAM I CS
Vo . 2 No 3 13 . . Se 201 p. 1
基 于有限元的预应力陶瓷压砖机立柱疲劳寿命分析
吴 南星 陈常清
( 景德 镇 陶瓷 学院机 电学 院 , 西 景 德镇 330 ) 江 343
A SS N Y 疲劳分析的基本 吾 为位置、 事件与载荷。 () 1位置就是在有限元模型 中保存的疲劳应力节 点。在分析中 , 一般选取结构上疲劳破坏发生概率比
较大的点来作为疲劳分析的位置。
析外, 还需要具备很强的抗疲劳能力和疲劳使用寿命f 2 1 。 本文通过前期对预应力陶瓷压砖机 的立柱结构 分析得到的应力结果 , 利用有限元分析软件 A S S NY 的疲劳分析模块对其进行疲劳分析 , 以达到缩短研发 周期 , 降低开发成本 , 为结构的优化设计提供可靠的 参考 , 并为安全生产提供良好的预测 。
摘 要
根据 名义应力有限设计 的思想 ,利用 A S S通用后处理 的疲劳分析模块对预应力陶瓷压砖机 的立柱进 行疲 劳使用寿命的 NY 评估和计算 , 获得其在工作过程 中的疲劳情况 , 为安全 生产 提供 了一个很好 的预测 , 同时也为陶瓷液压压砖机 的优化设计提供有
价值的参考 。
关键词 疲劳寿命分析 ; 压砖机 ; 立柱 ; 有限元
70k / 3  ̄50 a¥ 3 0 a ̄= 7P , S N 80 g ; 7MP ;, 1MP ; 15 a其 - m ¥ =
的循环次数和应力强度如表 1 所示。 将表 1 中的数据
输入到 A S S N Y 软件的疲劳分析模块中, 最的 的疲劳 耗损系数为 00
根据立柱结构的对称性 , 故只需采用其 1 结构 / 2
进行强度分析 。 网格单元类型采用 sl 9 单元 , od 2 i 立柱 结构的网格划分结果和应力结构应力分析云图如图
23 , 所示。
由图 3可知 : 立柱受到的最大 v n i s( o s 合应 me 力) 应力为 26 a 它位于立柱与横梁接触的凸出 2MP ,
中图分类号 :Q1 45 文献标 识码 : T 7. A
壳单元的疲劳耗用因数( 对线单元模型疲劳分析用户
0 前 言
疲劳是 引起机械零件失效的主要原 因之 一【 由 1 】 ,
也可以手工输入应力 ) 可以在预先选定的位置上确 ;
定一定数 目的事件以及这些事件中的载荷 , 然后保存 这些位置上的应力 ; 可以为g+位置定义应力集中系 - 数和给每个事件定义 比例因数嘲 。
11 N Y . A S S疲 劳分析模 块
2 分析 计算
A Y疲 计 是 A E 炉 压 容 2 预 瓷 砖 机 苎 介 N S劳 算 以S 锅 与 力 器 ・ 压 机 架 S M ’
竺篡
现有的应力结果进行后处理来确定任何实体单元和
收稿日期:010—5 21—5 0
通讯联系人 : 吴南星 ,— a: n16@13 o E m i w x98 6. r l cn
() 2事件就是在特定的应力循环 中显示出来的在 不同时刻的应力状态情况 。
() 3载荷就是一个应力状态 , 它是整个疲劳分析
事件的一部分。
任意两个载荷之间的应力状态的差值为交变应 力强度 , N Y A S S分析程序的交变应 力强度不会因为
平均应力的影响而改变 。
1 疲 劳 的基 本 理 论
() 2立柱的耗损系数为 0 54 因而在立柱最大 . 7, 2 工作过程中, 机架承受 “ 一压” 压 应力状况t 4 1 。
22 强度分 析 .
应力 的地方不会发生疲劳破坏 , 在结构优化 、 节约材
23 疲 劳分 析 .
表 1 材料 的疲 劳循环次数与应 力强度
Ta . F t u y l f n t s tn i b1 ai ec ce le a ds r si e st g i e n y
钢 丝缠绕 陶瓷液压 机 的立柱所 选用 的材料 为 Z 3 0 50的铸 钢 , G 1— 7 其力学 性能 和特性 系数 为 := p
:
水¨ 上术 、 …。 术肥 以 水n ‘ 一
《 陶瓷学报)0 1 2 1 年第 3期
41 8
图 1 机 架 结 构
Fi 1Stu t r f h r me g. rc ue o efa t
图 2 立柱的网格划分
Fg 2M e hn fte c lm n i. s ig o ou h
12 A Y . NS S疲劳分 析 的基本 术 语
于机构疲劳事故而引起的重大灾难事故时有发生。 压
砖机是陶瓷工业设备中的一种重要陶瓷生产设备 , 它
的工作环境恶劣 , 通常在满负荷 、 高频率的条件下 日
压制次数上万次 , 因此 , 与其它类型的液压机相比, 这 就对它的抗疲劳性能提 出了很高的要求 , 立柱又是压 砖机的主要部件之一 , 除了对其进行强度 、 稳定性分
0 5 4总的压制次数为 9 1 7 . 7, 2 . 1 次。 7X 0
3
结 论
() 1立柱受到的最大 vn i s o s 合应力为 2 6 P , m e 2M a
小于它的许用应力 30 P , 1M a它位于立柱 与横梁接触
的凸出部分的底部 , 整个立柱其它部分受到的应力较 小, 立柱在压制过程 中不会发生静力破坏。