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采用有限元分析的结构疲劳计算

发布于:2016-06-06 18:32
有限元分析

      疲劳是结构在一定载荷水平范围内(小于极限静载荷),承受重复性载荷而产生的一种现象。疲劳过程就是由于载荷的重复作用导致零件材料内部的损伤累积过程,其发生破坏的最大应力水平低于极限静强度,而且一般都低于材料的屈服极限,因此,对承受着交变载荷或对称疲劳载荷的多数机械结构来说,机械静强度设计并不能反映它们的实际载荷情况。
      以铁路机车的关键部件转向架为例,自列车提速以来,疲劳破坏的直接经济损失就达数千万元以上。许多机械和零/部件受到随机载荷、波动载荷或交变载荷,使机构和零/部件产生交变应力,最终导致零件的疲劳破坏,引起机械零/部件的断裂失效,造成巨大的经济损失。由此可见,结构的疲劳分析是目前一个亟待解决的重要课题。
      随着现代计算机技术的发展,有限元分析技术越来越成熟,在工程上的应用日趋广泛。在工程分析领域,利用有限元App,可以根据机械结构系统受到外力负载所出现的反应,例如应力、位移、温度等,在已知结构受到外力负载后,能够分析判断是否符合设计要求。可通过实测或其他方法得到机械结构工作状态下受力的变化数值,以载荷谱的形式进行有限元疲劳分析,得到疲劳寿命及动载荷下应力应变的变化,从而为结构的改进及优化提供更有效的数据。这种方法可缩短设计周期,节约大量的试验和生产费用,降低研制成本,从而在技术上保证新产品的安全性、稳定性和可靠性,为企业带来更大的经济和社会效益。
      对于结构的疲劳分析,应根据结构的重要性程度、载荷情况选用合适的分析计算方法。对机械结构中重要的疲劳强度计算和校核,应该按照最小应力保持不变进行疲劳强度计算,对于机械结构中一般性的疲劳强度计算和校核,应该按照应力幅进行疲劳强度计算,对不重要的疲劳强度计算和校核,应该按照应力比保持不变进行疲劳强度计算,对于承受非规律性的变应力的结构,应按照Miner法则进行疲劳计算。
      用有限元法对交变载荷作用下结构疲劳寿命的计算可以利用有限元分析的应力结果,按照疲劳强度公式计算结构的疲劳强度,也可以直接在有限元App中进行结构疲劳计算。以铁路机车的关键部件构架为例进行疲劳分析,其应用CAEApp进行分析的基本步骤。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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