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塑壳断路器操作机构疲劳寿命仿真研究

电器与能效管理技术 2020年第3期 8-13页

作者：马龙涛戴铭磊国网西安供电公司陕西西安710032 西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室陕西西安710049

为了准确地评估塑壳断路器操作机构的疲劳寿命,本文基于刚柔耦合分析、材料的抗疲劳性能理论及疲劳累积损伤理论,主要利用刚体动力学软件ADAMS及疲劳分析软件nCode,建立了塑壳断路器操作机构疲劳寿命仿真模型。通过仿真分析,得到了塑壳... 详细信息

为了准确地评估塑壳断路器操作机构的疲劳寿命,本文基于刚柔耦合分析、材料的抗疲劳性能理论及疲劳累积损伤理论,主要利用刚体动力学软件ADAMS及疲劳分析软件nCode,建立了塑壳断路器操作机构疲劳寿命仿真模型。通过仿真分析,得到了塑壳断路器主要部件的疲劳寿命及薄弱点,完成了主要部件的材料选型,验证了疲劳寿命仿真方法的可行性。

关键词：塑壳断路器操作机构刚柔耦合动态应力疲劳极限疲劳寿命仿真

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汽车零部件疲劳分析载荷谱加速编辑法研究

中国机械工程 2020年第5期31卷 543-552页

作者：董国疆韩杰颜峰郎玉玲河北省特种运载装备重点实验室(燕山大学) 秦皇岛066004 中信戴卡股份有限公司工程仿真中心秦皇岛066004

以某试验场实车采集的轮心六分力信号和关键点监测信号为基础数据,分别采用伪损伤保留法、损伤保留法和峰谷值抽取法对实测信号加速编辑;从时间压缩比例、功率谱密度、统计参数、穿级计数和雨流计数等5个方面对加速谱进行了讨论分析;从... 详细信息

以某试验场实车采集的轮心六分力信号和关键点监测信号为基础数据,分别采用伪损伤保留法、损伤保留法和峰谷值抽取法对实测信号加速编辑;从时间压缩比例、功率谱密度、统计参数、穿级计数和雨流计数等5个方面对加速谱进行了讨论分析;从疲劳仿真角度进一步探讨了不同加速编辑法分析零部件疲劳问题求解结果精度的差别,并对加速谱效率进行了评估。研究结果表明,3种加速编辑法分析得出的转向节疲劳寿命的相对误差差距较小,均在3.72%以内,但疲劳仿真效率较原始载荷谱有大幅提高。综合考虑多方面分析角度,损伤保留法可准确删除原始信号中的无损伤段,获取时间最短加速谱的同时功率谱密度吻合程度最好,分析零部件疲劳问题效率及分析结果的精度最高,损伤保留法相对伪损伤保留法和峰谷值抽取法更具优势。

关键词：载荷谱加速编辑损伤保留法伪损伤保留法峰谷值抽取法疲劳寿命仿真

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基于CAD／CAE的铝型材挤压模具智能设计

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湖南大学学报（自然科学版） 2009年第6期36卷 28-31页

作者：叶南海贺晓华韦林李源湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室湖南长沙410082 广西机械高级技工学校广西柳州545006 柳州职业技术学院机电工程系广西柳州545006

在分析铝型材挤压模具的结构、原理及设计参数的基础上,以UG NX5为开发平台,以Visual Studio 2005为编程开发环境,开发出挤压模具CAD/CAE设计系统,包括三维数字化设计、有限元分析、疲劳寿命仿真等模块,实现了对铝型材挤压模具的CAD/CA... 详细信息

在分析铝型材挤压模具的结构、原理及设计参数的基础上,以UG NX5为开发平台,以Visual Studio 2005为编程开发环境,开发出挤压模具CAD/CAE设计系统,包括三维数字化设计、有限元分析、疲劳寿命仿真等模块,实现了对铝型材挤压模具的CAD/CAE智能设计系统集成.软件运行情况稳定、良好,为挤压模具的智能化设计提供了理论依据.

关键词：挤压模具虚拟现实有限元分析疲劳寿命仿真

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汽车平衡悬架少片变截面钢板弹簧CAE分析与研究

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汽车平衡悬架少片变截面钢板弹簧CAE分析与研究

作者：张志强湖南工业大学

学位级别：硕士

钢板弹簧是重型载重汽车平衡悬架系统中重要的弹性元件,关乎重型载重汽车的平顺性和节能性。少片变截面钢板弹簧相比于传统多片等截面钢板弹簧质量更轻、平顺性更好,逐渐得到越来越多的重型车辆使用。少片变截面钢板弹簧精益设计和疲劳... 详细信息

钢板弹簧是重型载重汽车平衡悬架系统中重要的弹性元件,关乎重型载重汽车的平顺性和节能性。少片变截面钢板弹簧相比于传统多片等截面钢板弹簧质量更轻、平顺性更好,逐渐得到越来越多的重型车辆使用。少片变截面钢板弹簧精益设计和疲劳寿命预测,是体现悬架性能和安全的两个重要方面,CAE技术的发展为解决这些问题提供了有力的工具。本文通过对某平衡悬架少片变截面钢板弹簧的CAE分析研究,提供了从优化设计、精确建模到有限元分析以及一体化疲劳寿命仿真的整套流程,较好的完成了精益设计和数字化寿命预测,为平衡悬架少片变截面钢板弹簧的设计和性能研究提供一定的借鉴。具体所做工作如下:研究了两种结构形式的少片变截面钢板弹簧,并利用MATLAB软件对本次所设计板簧进行了参数优化。对于少片变截面钢板弹簧三维模型的建立,提出了更加简捷精确的Pro/E骨架折弯建模方法,并进行了分析验证。根据现代接触动力学相关理论,考虑大变形、片间接触和摩擦等多种非线性因素,在ANSYS Workbench 15.0中建立了少片变截面钢板弹簧的有限元模型,完成了板簧强度和刚度校核,探究了过渡段圆弧半径大小对板簧特性的影响,并对不同摩擦系数下的板簧应力分布、变形量、刚度和偏频进行了分析研究。研究了疲劳寿命分析的基本理论,确定了少片变截面钢板弹簧疲劳寿命分析方法。在综合考虑粗糙度、热处理和喷丸处理对板簧疲劳寿命影响的基础上,联合ANSYS Workbench与Designlife按照实际实验条件,对板簧进行了精确的一体化疲劳寿命仿真。按照相关标准,对本次设计的少片变截面钢板弹簧进行了台架刚度实验和疲劳实验,验证了有限元分析与疲劳寿命仿真方法的正确性。

关键词：少片变截面钢板弹簧优化设计疲劳寿命仿真有限元分析

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某SUV白车身疲劳耐久性能研究及结构改善

某SUV白车身疲劳耐久性能研究及结构改善

作者：王青燕山大学

学位级别：硕士

汽车疲劳耐久性是指汽车在预期行驶里程内不出现导致汽车功能失效缺陷的能力。它关系到汽车的安全性、可靠性,是评价整车性能的重要指标之一,对汽车的品质及车企的信誉都有着重要影响。传统上,对于疲劳耐久问题一般采用试验方法来解决,... 详细信息

汽车疲劳耐久性是指汽车在预期行驶里程内不出现导致汽车功能失效缺陷的能力。它关系到汽车的安全性、可靠性,是评价整车性能的重要指标之一,对汽车的品质及车企的信誉都有着重要影响。传统上,对于疲劳耐久问题一般采用试验方法来解决,其耗费成本高、开发周期长,且无法根据设计变动及时做出调整。目前,将疲劳耐久试验技术与计算机仿真相结合,指导汽车产品的设计、验证及优化,已成为各大车企研究的热点内容。本课题以某SUV样车在疲劳耐久试验过程出现侧围开裂问题为背景,主要开展了以下研究:(1)以该SUV的三维数模为基础,搭建了精确的白车身有限元模型。基于该模型进行自由模态分析,获取了车身结构的固有频率和振型。(2)建立了包括前、后悬架、转向、稳定杆等子系统在内的刚柔耦合整车多体动力学仿真模型。基于刚柔耦合模型,提取出典型工况下车身与车架悬置支架连接处的载荷,采用惯性释放法进行了典型工况下白车身静态强度仿真,并结合试验验证了仿真的有效性。(3)结合耐久试验场采集的六分力载荷谱与整车刚柔耦合模型,提取了车身安装点的动态载荷谱;采用基于Miner线性累积损伤法则和应变—寿命理论的疲劳分析方法对侧围焊点和钣金的疲劳寿命分别进行了仿真分析,并据此追溯实车开裂原因,为实车改进试验提供了依据。(4)结合仿真结果制定了三种结构优化方案,并重新进行疲劳耐久性能仿真分析,从中选择最佳方案应用到实车进行疲劳耐久道路试验,最终验证了改善方案的有效性以及本课题所采用的车辆疲劳耐久性能研究方法的可行性。

关键词：疲劳寿命仿真刚柔耦合模型静强度分析耐久道路试验结构改善

基于TC11电脉冲改性研究的飞机压气机叶片疲劳寿命分析

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基于TC11电脉冲改性研究的飞机压气机叶片疲劳寿命分析

作者：宋进林武汉理工大学

学位级别：硕士

电脉冲处理工艺是一种高效、绿色的金属材料改性技术,研究该技术对我国材料科学和可持续发展具有重要推进意义。本文对航空用TC11钛合金材料进行电脉冲处理,研究脉冲电流对其力学性能的影响,并从多方面探讨电脉冲的作用机理,然后对TC11... 详细信息

电脉冲处理工艺是一种高效、绿色的金属材料改性技术,研究该技术对我国材料科学和可持续发展具有重要推进意义。本文对航空用TC11钛合金材料进行电脉冲处理,研究脉冲电流对其力学性能的影响,并从多方面探讨电脉冲的作用机理,然后对TC11钛合金材料制造的压气机叶片进行疲劳寿命仿真,在构件层面验证脉冲电流的改性效果。首先利用红外热像仪观察电脉冲处理时试样的表面温度变化情况;接着利用拉伸试验机和高频疲劳试验机对电脉冲处理前后的标准TC11试棒进行拉伸和疲劳性能测试,并用P-N图法验证应力625 MPa下的TC11钛合金疲劳寿命服从正态分布。采用金相显微镜、超景深三维显微镜和扫描电子显微镜（SEM）、电阻率测试仪、显微硬度计分别观察和测量电脉冲处理后TC11钛合金试样的显微组织、疲劳和拉伸断口、电阻率、α相显微硬度的变化情况;再采用Ansys Workbench软件,结合拉伸试验中测得的参数对由TC11钛合金制作的飞机压气机叶片进行静力学分析,获取叶片危险点;最后利用疲劳分析软件,结合静力学分析结果和疲劳试验所得的S-N曲线,采用名义应力法和Miner累积损伤法则对叶片进行疲劳寿命计算,得到电脉冲处理前后叶片的疲劳寿命。研究结果表明,TC11钛合金经电脉冲处理后塑性提升11.3%,S-N曲线整体上移,疲劳极限提高了19.3 MPa,而弹性模量和抗拉强度保持不变。脉冲电流处理使TC11试样温度迅速升高,导致局部再结晶产生细小晶粒,从而改善材料拉伸性能。经电脉冲处理后的TC11钛合金拉伸断口韧窝少且深,疲劳断口上裂纹传播纹路清晰规则,疲劳裂纹源内移,α相显微硬度值提高14.9 HV,电阻率降低了0.433 mΩ·mm。电脉冲引起的材料内部局部温差场作用于微观缺陷,使缺陷与基体间产生压应力,促使微裂纹愈合,杂质与基体间啮合程度更高,减少TC11钛合金在受力作用时内部微裂纹的萌发概率,并且使材料内部应力集中部位发生应力松弛,微观组织转向更加均匀稳定的状态,力学性能也随之得到改善。由疲劳寿命仿真结果可知,与未处理材料制造的压气机叶片相比,由电脉冲处理的TC11钛合金制造的叶片的疲劳寿命增加了280500次。

关键词：脉冲电流 TC11钛合金微观组织力学性能疲劳寿命仿真

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重型商用车轮毂总成的多轴疲劳分析

重型商用车轮毂总成的多轴疲劳分析

作者：王翔宇合肥工业大学

学位级别：硕士

车轮是车辆的重要部件,车辆的动力学行为最终要通过车轮和地面产生摩擦作用来实现,而轮毂是车轮的骨架和基础,作为汽车和路面间的唯一接触部件,轮毂在工作中承受极为复杂的载荷,常常处于多轴应力状态,其可靠性对车辆行驶的安全性至关重... 详细信息

车轮是车辆的重要部件,车辆的动力学行为最终要通过车轮和地面产生摩擦作用来实现,而轮毂是车轮的骨架和基础,作为汽车和路面间的唯一接触部件,轮毂在工作中承受极为复杂的载荷,常常处于多轴应力状态,其可靠性对车辆行驶的安全性至关重要,故应用多轴疲劳理论对轮毂的疲劳寿命进行研究有十分重要的意义。本文以某款商用车的轮毂总成为研究对象,对其在多轴载荷下的损伤特点和寿命预测方法进行了深入研究。主要内容包括以下几个方面:以多参数载荷下结构的应力分布特点和影响因素为研究内容对薄壁圆筒试件和轮毂进行了建模仿真,结果表明多参数载荷下结构的应力分布将随着多参数载荷的变化而发生改变,各载荷的幅值比和相位差会对应力分布产生影响,结构属于多点破坏状态,多轴疲劳理论适用于此情况下结构的疲劳寿命预测。基于临界平面理论,对薄壁圆筒试件进行了有限元仿真,并通过将试验结果和仿真结果进行对比评估了几种常用多轴疲劳寿命模型的预测精度。结果表明临界面的位置和损伤参量与等效应力幅值和各载荷相位角有关;几种常用的多轴寿命模型中,KBM模型以最大剪应变幅平面为临界平面,并考虑了临界平面上的法向应变对裂纹发展的作用,对处于多轴应力状态下结构的寿命预测效果较好。建立了轮毂总成的有限元模型,根据实际行驶工况定义了模型的边界条件,对模型网格大小和离散载荷步的选取方式进行了探讨,提出了一种多轴应力状态判断方法,对轮毂关键部位的应力状态进行了判定,最终得到了常幅载荷下轮毂的关键部位及其临界面位置和预测寿命。结果表明,在进行离散载荷步的选取时必需充分考虑结构关键部位受力的峰谷值情况;提出的适用于空间应力状态下结构的多轴应力状态判断方法能够区分单轴应力状态、多轴比例和多轴非比例应力状态;轮毂螺栓孔附近区域和通风孔附近区域为轮毂结构的两个关键部位且其均处于多轴非比例应力状态,轮毂最容易发生疲劳损伤的部位为螺栓孔附近区域。对多轴随机载荷下结构的寿命预测方法和流程进行了探讨,应用计算机仿真对多轴随机加载试验过程进行了模拟,将仿真结果和试验结果进行对比以验证预测方法的有效性,并基于此方法对轮毂关键部位在随机载荷下的疲劳寿命进行了预测。结果表明本文提出的多轴随机疲劳寿命预测方法和多轴疲劳分析模型在进行高周寿命预测时效果较好,适用于轮毂结构的疲劳可靠性分析。

关键词：轮毂总成多轴疲劳临界平面法随机多轴疲劳疲劳寿命仿真

跨座式单轨车辆转向架构架结构强度分析与优化

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跨座式单轨车辆转向架构架结构强度分析与优化

作者：陈得意重庆交通大学

学位级别：硕士

转向架构架是跨座式单轨车辆最为重要的部件之一,其结构强度及动态特性对于车辆运营的安全性、舒适性至关重要。为此,本文对国内外跨座式单轨车辆转向架构架的静强度和疲劳强度研究现状进行了分析,介绍了有限元分析的基本思路以及疲劳... 详细信息

转向架构架是跨座式单轨车辆最为重要的部件之一,其结构强度及动态特性对于车辆运营的安全性、舒适性至关重要。为此,本文对国内外跨座式单轨车辆转向架构架的静强度和疲劳强度研究现状进行了分析,介绍了有限元分析的基本思路以及疲劳寿命仿真预测、灵敏度分析等相关理论。本文对国内某知名轨道交通车辆企业和重庆交通大学联合开发的跨座式单轨车辆转向架构架进行了有限元分析,并在灵敏度分析的基础上,对其进行了轻量化设计。本文所做主要工作如下:利用有限元分析软件建立了构架的有限元模型,对跨座式单轨车辆转向架构架进行了典型载荷工况下的静强度计算和模态分析,计算结果表明典型载荷工况下构架最大应力均小于材料屈服极限,静强度满足设计要求;构架的低阶模态振型合理,整体刚度和动态特性均满足设计要求。基于全寿命分析的基本理论,采用全寿命分析法对构架进行了疲劳寿命仿真预测。基于灵敏度分析的基本理论,采用尺寸优化的方法,对构架进行了轻量化设计;对优化后的构架进行了有限元分析,验证了优化设计的合理性。本论文的研究结果对于转向架构架的疲劳寿命仿真和轻量化设计有一定的指导意义。

关键词：跨座式单轨疲劳寿命仿真灵敏度分析轻量化

基于电脉冲处理36MnVS4的强度和疲劳性能研究

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基于电脉冲处理36MnVS4的强度和疲劳性能研究

作者：王睿楠武汉理工大学

学位级别：硕士

电脉冲工艺具有耗能低、成本低的优点,可以改善金属材料的性能。本文研究了电脉冲处理对发动机连杆材料36MnVS4的改性作用,从宏观和微观的角度分析电脉冲工艺对36MnVS4的作用效果,最后利用有限元软件对电脉冲处理前后的36MnVS4连杆进行... 详细信息

电脉冲工艺具有耗能低、成本低的优点,可以改善金属材料的性能。本文研究了电脉冲处理对发动机连杆材料36MnVS4的改性作用,从宏观和微观的角度分析电脉冲工艺对36MnVS4的作用效果,最后利用有限元软件对电脉冲处理前后的36MnVS4连杆进行疲劳寿命分析。首先,通过测量电脉冲处理造成的试样表面最大温升验证脉冲电流的焦耳热效应;然后通过拉伸试验和疲劳试验测试电脉冲工艺对36MnVS4强度和疲劳性能的影响,并对试样的疲劳寿命进行正态性检验;接着利用金相显微镜、显微硬度计、直流电阻测试仪和扫描式电子显微镜分别观测电脉冲工艺对试样显微组织、显微硬度、电阻和断口微观形貌的影响;再以拉伸试验所得数据定义材料属性,利用有限元软件对连杆进行静力学分析,确认连杆工作时应力集中的区域;最后利用疲劳分析软件基于疲劳试验测得的材料S-N曲线对连杆进行疲劳寿命分析。研究结果表明:1)电脉冲处理后36MnVS4抗拉强度的离散程度显著降低,抗拉强度提高了4.6%,塑性提高了9.1%,疲劳极限提高了11.3MPa,S-N曲线整体上移,而弹性模量和硬度保持不变;2)电脉冲处理时试样的部分表面温度超过了727℃,电脉冲处理后试样的电阻值降低了11.3%,显微硬度保持不变,显微组织整体成分没有发生明显变化,局部发现细小的铁素体,拉伸断口微观形貌中韧窝数量减少,韧窝形状大且深;3)脉冲电流的焦耳热效应使36MnVS4试样的温度急速升高,由于试样内部存在各种缺陷,使得组织分布不均匀,局部电阻较大处组织温升较大,脉冲电流在试样局部造成的温升超过了铁素体-珠光体钢的Ac1相变温度727℃,使试样中发生了局部淬火现象,局部淬火产生的细小铁素体增大了晶界面积,改变了晶面的接触,限制了裂纹的延伸和扩张,最终提高了试样的抗拉强度和塑性;4)电脉冲处理使试样的内部缺陷处产生了高温场,局部高温引起内部缺陷处的应力集中区域发生应力松弛,显著降低了材料抗拉强度的离散程度,有利于抑制疲劳裂纹的萌生;5)电脉冲处理提高了连杆的静强度安全系数,减小了连杆的低疲劳寿命区域,增大了连杆的最小疲劳寿命。

关键词：脉冲电流 36MnVS4 力学性能微观组织疲劳寿命仿真