直线振动筛的疲劳寿命分析

发布时间：2020-08-09 10:40

【摘要】： 直线振动筛具有结构简单、振动强度大、筛分效率高、处理能力大等优点,广泛应用于矿山、煤炭、冶炼、建材、化工等领域,用于物料的筛选、脱水、分级等工艺。但由于振动筛在较高振动频率下工作,筛体承受较大的交变激振力,在实际工作中经常出现下横梁断裂,侧板开裂等疲劳破坏,严重影响生产。尤其随着振动筛向大型化方向发展,疲劳破坏更加严重,所以迫切需要在设计阶段进行疲劳寿命分析,提高产品的可靠性。传统的疲劳寿命预测主要针对具体的物理样机进行试验,耗费大量的人力、物力、财力。而且,如果物理样机试验不合格,还要重新设计,反复试验,直至合格。这样造成大量浪费,开发和测试成本大大提高。随着计算机技术的发展,特别是动力学仿真技术和有限元技术的发展,使得其应用于产品疲劳寿命分析成为可能,克服了传统试验法的不足。本文借鉴国内外大量的虚拟疲劳耐久性集成化仿真方法,以某大型直线振动筛为研究对象,对其下横梁和侧板进行了疲劳寿命分析。首先利用Pro/E对某大型振动筛零部件进行三维实体建模、组装和干涉检查;然后,利用动力学仿真软件MSC.ADAMS建立了振动筛的多刚体动力学模型,对其进行仿真分析,获得位移、速度、力等信息,为下横梁、侧板的刚柔耦合动力学分析提供了刚体模型;利用有限元前后处理器MSC.PATRAN,求解器MSC.NASTRAN分别对下横梁和侧板进行自由模态分析,获得固有频率和固有振型,为疲劳寿命分析提供了模态信息和柔性体;而后,在MSC.ADAMS中,分别建立了以下横梁、侧板为柔性体,其它零部件为刚性体的刚柔耦合动力学模型,为疲劳寿命分析的载荷谱提供了模态位移;最后,在疲劳分析软件MSC.FATIGUE中,根据材料的S-N曲线,利用模态应力恢复法分别对下横梁和侧板进行疲劳寿命分析,获得其疲劳寿命云图和结构危险部位。通过对该振动筛疲劳寿命分析结果与实际破坏情况相比较,二者相互吻合,说明这种虚拟疲劳耐久性集成化分析系统应用于振动筛的疲劳寿命分析是可行的,它能够减少物理样机的数量,缩短产品的开发周期,进而降低开发成本,提高市场竞争力。同时,本文的研究对振动筛的可靠性设计具有一定的参考和借鉴价值。
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TH237.6
【图文】：

流程图,解决方案

图 1-1 一体化疲劳解决方案Fig. 1-1 Integrated fatigue solution图 1-2 基于有限元分析结果的疲劳寿命分析流程图Fig. 1-2 Fatigue life analysis based on the finite element results02 年，上海汇众汽车制造有限公司的钱锋、张治[18]研究了将多种计算使用来模拟传统的台架疲劳试验，从理论上验证了汽车零部件新产品开模拟试验的可行性。文中提出了一种计算机模拟试验方案：利用三维软维模型，将模型导入有限元分析软件 NASTRAN 等进行静态应力应变学仿真软件 ADAMS 获得零件动力响应；最后，利用 FATIGUE 软件进

S-N曲线,S-N曲线,高周疲劳,低周疲劳

图 2-2 材料的 S-N 曲线Fig.2-2 S-N curve of material可看出，S-N 曲线大致可分为三段：低周疲劳区（LCF）、高周(SF)[31]；在低周疲劳区和亚疲劳区，应力 S 随疲劳寿命 N 的在高周疲劳区则变化显著；零件所受应力越大，其疲劳寿命越于描述 S-N 曲线在高周疲劳区和亚疲劳区的经验方程有：函数式：SN e Cα = 为材料常数。对上式两边取对数可得：lg N = a + bS材料常数。上式表示在寿命取对数、应力不取对数的坐标系。

疲劳极限图,近似模型,直线模型,抛物线模型

常用一些经验模型来估算疲劳极限图，以此来考虑平均应力的抛物线模型：21[1 ( ) ]mabSS SS = an 直线模型：1[1 ( )]mabSS SS = erg 直线模型：1[1 ( )]masSS SS = 种模型如图 2-3 所示，可以看出 Gerber 抛物线模型偏于危险，保守，Goodman 直线模型比较合适，所以本文选取 Goodman 直，使疲劳寿命分析结果更加接近工程实际疲劳寿命。

【参考文献】