复杂载荷下弹性轴承有限元分析及寿命预报

发布时间：2017-09-28 22:03

  本文关键词：复杂载荷下弹性轴承有限元分析及寿命预报

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【摘要】：弹性轴承作为直升机连接转轴与桨叶的重要部件,其疲劳破坏直接影响飞机安全。根据弹性轴承的工作条件及结构特点,其疲劳问题的本质为橡胶材料的多轴疲劳问题。鉴于橡胶材料的多轴疲劳问题的复杂性,目前还没有令人满意的预报模型。本文基于目前对橡胶的疲劳问题和金属材料疲劳问题的研究,对弹性轴承在载荷谱作用下的疲劳寿命问题做了初步的研究,主要工作如下:本文介绍了橡胶疲劳等效参数法中的几个常用等效力学参数,这些等效参数法对单轴载荷情况下的疲劳寿命预报已经取得较好效果,但对于多轴情况尚没有一个力学参数取得很好效果。本文详细介绍了Mars提出的开裂能参数,并推导了三维情况下的开裂能计算解析式。本文对几个常用的等效力学参数,包括最大主伸长量、真实Von-Mises应变、应变能密度、开裂能密度,对橡胶材料的多轴疲劳预报效果进行了比较,发现真实Von-Mises应变是一个相对较好的等效力学参数。本文基于金属疲劳分析的应力场强法,提出用于弹性轴承疲劳分析的应变场强法,并提出一个等效剪切应变疲劳参数。利用ANSYS的APDL参数语言,结合弹性轴承的几何特征参数,编写了参数化程序快速建模。对弹性轴承进行了简单受力分析(包括压缩、弯曲和扭转),其刚度-变形关系的计算结果较好。对弹性轴承所承受的疲劳载荷谱(31种复杂工况)进行了模拟分析。根据计算结果比较,发现提出的等效剪切应变峰值位置与弹性轴承真实破坏的区域一致,因此可以认为等效剪切应变是一个合理的疲劳分析参数。结合纯扭转载荷下的有限元计算结果,推导出等效剪切应变与实验观测的名义剪切应变的函数关系,并进而得到以真实Von-Mises应变为参量的疲劳寿命公式。最后本文基于Miner线性模型提出了弹性轴承载荷谱下疲劳寿命预报模型,并结合橡胶材料??N曲线和弹性轴承复杂工况的模拟,对所分析的弹性轴承的疲劳寿命预报进行了预报,该预报结果是令人满意的。
【关键词】：弹性轴承 有限元 疲劳寿命
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V215
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-25
• 1.1 课题研究的背景和意义9-10
• 1.2 橡胶疲劳破坏过程及主要研究方法10-12
• 1.2.1 疲劳破坏过程10-11
• 1.2.2 橡胶疲劳的研究方法11-12
• 1.3 橡胶疲劳特性及主要影响因素12-14
• 1.3.1 Mullins效应12-13
• 1.3.2 应变结晶现象13-14
• 1.4 橡胶材料疲劳的影响因素14-21
• 1.4.1 外载荷因素14-16
• 1.4.2 加载顺序16
• 1.4.3 加载频率与生热16-17
• 1.4.4 外部环境因素17-19
• 1.4.5 橡胶配方19-21
• 1.5 超弹性本构模型21-24
• 1.6 本章小结24-25
• 第2章 橡胶疲劳分析基本理论25-41
• 2.1 等效参数法25-27
• 2.1.1 疲劳预报模型25-26
• 2.1.2 大变形计算理论26-27
• 2.2 等效参数27-36
• 2.2.1 最大主应变27-28
• 2.2.2 八面体剪应变28-29
• 2.2.3 应变能密度（SED）29-30
• 2.2.4 开裂能密度（CED）30-36
• 2.3 疲劳累积模型36-37
• 2.4 连续介质损伤方法（CDM）37-40
• 2.5 本章小结40-41
• 第3章 有限元疲劳预报方案41-55
• 3.1 疲劳方案的选取41-45
• 3.1.1 试验模型及加载形式41-42
• 3.1.2 有限元计算42
• 3.1.3 有限元计算结果42-45
• 3.2 弹性轴承疲劳寿命分析的有效剪切应变场强法45-54
• 3.2.1 应力场强法45-48
• 3.2.2 弹性轴承应变场强法48-54
• 3.3 本章小结54-55
• 第4章 弹性轴承有限元分析及疲劳寿命预报55-76
• 4.1 弹性轴承有限元模型55-58
• 4.1.1 弹性轴承有限元参数建模方案56-57
• 4.1.2 本构模型57-58
• 4.2 刚度计算58-62
• 4.2.1 单轴压缩刚度58-59
• 4.2.2 扭转刚度59-61
• 4.2.3 弯曲刚度61-62
• 4.3 复杂载荷下有限元分析62-75
• 4.3.1 复杂载荷下弹性轴承有限元模型62-63
• 4.3.2 推导复杂加载的几何关系63-64
• 4.3.3 单一工况下有限元计算结果及危险点分析64-68
• 4.3.4 等效剪切应变与材料γ-N曲线结合应用68-71
• 4.3.5 单一工况下弹性轴承疲劳预报方法71-73
• 4.3.6 载荷谱寿命预报方法73-75
• 4.4 本章小结75-76
• 结论76-77
• 附录77-79
• 参考文献79-85
• 致谢85

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 陈高升;张连鸿;栗付平;覃海鹰;李满福;;球面层状弹性轴承结构对其力学行为影响的有限元分析[J];材料工程;2009年10期

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本文编号：938287