基于有限元的预应力陶瓷压砖机立柱疲劳寿命分析

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陶瓷液压压砖机立柱结构的疲劳分析与研究

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

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

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

基于有限元法的机械疲劳寿命预测方法的研究_吕凯波
F A T IG U E [ J] . 林晓 斌, 译. 中国机 械工程, 1998( 11) : 1216.
( 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

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

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

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
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部分的底部 , 整个 立柱其它部分受到的应力较小, 且 为压应力 , 因而可 以推断陶瓷压砖机在工作状态下立
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

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。
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