结构疲劳强度分析及工程应用

发布时间：2020-09-08 20:04

　　 当机械设备承受一定交变循环载荷的时候,设备常常会在经历一定载荷次数后发生疲劳破坏而失效。有统计数据表明,在现代工业的各种领域中,因疲劳破坏而引起的结构强度破坏事件就占了80%,因此如何有效地防止服役设备发生疲劳破坏,使设备在设计疲劳寿命内不发生失效成为了人们的重要课题。 疲劳破坏的发生区域带有一定局部性,一般发生在存在应力集中、结构疲劳强度薄弱的部位。对于承受交变载荷的压力容器和输送水泥用的斗式提升机来说,前者的开孔接管处尤其是开孔率较高的一些部位如人孔结构,由于开孔破坏了容器结构的连续性,削弱了该处的承载面积,容易引起应力的高度集中和结构抗疲劳强度的降低。后者的工作环境恶劣,工况复杂多变,提升机服役时,输送链上的销轴受交变剪切和弯曲等载荷作用,销轴的中部位置受到的合应力最大,若销轴的加工过程伴有冶金缺陷,销轴的中部位置就可能成为抵御疲劳破坏的脆弱之处,在一定的受载次数后发生疲劳破坏,给企业的正常运营和生产安全带来隐患和危险。 本文首先利用有限单元法,运用计算机分析软件ANSYS,依据JB4732-1995《钢制容器——分析设计标准》,对一氧气储气罐的人孔补强管结构进行了应力强度和疲劳强度的分析和校核。在解决一个工程问题的同时,还就人孔补强管的两个几何参数即补强管向筒节的内伸深度和补强管补强段的壁厚对结构应力强度和疲劳强度的影响,对模型的计算结果进行了对比性分析,得出一些一般性的结论,即:在当前人孔开孔率下,人孔补强管相贯区附近区域将会产生应力集中现象;内伸式补强管比平齐式补强管更能有效降低结构应力,提高设备的抗疲劳性能;补强管内伸深度的增加对结构和应力线性化校核线所在部位的各类应力强度的影响则有所差别;同样内伸深度条件下,补强段壁厚的增加可以持续地对结构部分类别的应力强度和疲劳强度起降低作用,但不能有效减小峰值应力,而且最后设计所取的内伸深度和补强段壁厚应当采用“适当原则”。 随后,通过化学成分、显微组织和裂纹、断口特征的分析以及应力强度计算校核,对一斗式提升机输送链销轴的断裂原因进行了综合分析,分析结果表明销轴表面偏大的弯曲正应力和淬火裂纹的存在是导致销轴发生疲劳断裂的重要原因。同时,利用Paris公式对疲劳裂纹的扩展寿命进行了估算,结果显示如果销轴工作时存在一定尺寸的初始裂纹,则偏大的弯曲正应力以及初始裂纹尺寸的大小会成为影响销轴疲劳裂纹扩展寿命的关键性因素。
【学位单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2008
【中图分类】：TH114
【部分图文】：

三维力学模型。单元选择:在结构应力分析的过程中，选用 ANSYS10.0提供的8节点三维实体单元SOLD45对三维力学模型进行六面体网格划分，具体效果如图4.2示。三维力学模型中有关筒体、人孔、补强管的个别尺寸见下表4一5。表4一5筒体与人孔补强管的个别尺寸筒体内直径/~筒体厚度/min计算筒体的长度加lm人孑L补强管总长度/mm人孔补强管接管段外直径/mm人孔补强管接管段厚度放皿人孑L补强管补强段外直径厄un人孔补强管补强段厚度/mm人子L补强管补强段长度角u刀人孔补强管内伸长度/~2600nU)) [20(53031028巧勺山‘U，.且.、J

本文编号：2814584