变速箱中间轴焊接结构多轴疲劳寿命分析方法

重载车辆传动系统具有大速比、大扭矩的特点,其变速箱中间轴焊接结构承受复杂工作载荷,焊缝处易发生多轴疲劳破坏。为了更准确有效地对中间轴焊接结构的疲劳寿命进行评估,基于多轴结构应力法提出一种重载车辆变速箱中间轴焊接结构疲劳寿命分析方法,即建立含有焊缝细节的中间轴焊接结构有限元模型,求解得到焊缝危险点处的结构应力分量时间历程,并在结构应力平面上合成载荷路径,求得非比例加载路径的等效应力范围,最后结合主S-N曲线确定焊接结构的疲劳寿命。采用该方法分别对中间轴焊接结构的焊根、焊趾部位进行疲劳寿命分析并与疲劳台架试验结果进行对比,结果表明:分析得到的疲劳破坏位置和寿命值与疲劳台架试验结果均有良好的一致性,且焊根与焊趾寿命分析结果间的差异与已有文献多轴疲劳试验数据相一致,说明采用多轴结构应力法对变速箱中间轴焊接结构的疲劳寿命评估是可靠的。

基于等效结构应力法的挖掘机工作装置疲劳寿命评估

挖掘机工作装置为大型焊接件,因在作业过程中承受各种复杂载荷而易在焊缝处发生疲劳破坏,其疲劳强度直接关系着整机的使用寿命和性能。为了更有效地对焊缝处的疲劳寿命进行评估,文中基于等效结构应力法提出一种挖掘机工作装置焊缝疲劳寿命评估方法,即基于焊线上的节点力和节点力矩对网格不敏感的结构应力进行计算,通过把不同接头形式、板厚、加载模式的焊接接头统一起来的主S-N曲线,并结合疲劳累计损伤准则进行疲劳寿命评估。通过建立包括焊缝细节的工作装置动臂、斗杆的有限元模型,利用等效结构应力法对动臂、斗杆上的6条关键焊缝进行疲劳寿命评估,并与疲劳台架试验和其他分析方法进行对比分析。结果表明:采用名义应力法得到的动臂和斗杆的疲劳寿命评估结果与疲劳试验值的偏差分别为9.2%和14.2%,采用热点应力法得到的疲劳寿命评估结果与疲劳试验值的偏差分别为24.4%和23.4%,采用等效结构应力法得到的疲劳寿命评估结果与疲劳试验值的偏差分别为6.6%和9.5%,因此与名义应力法和热点应力法相比,等效结构应力法的评估结果与疲劳试验结果最为接近,名义应力法的评估结果偏于危险,热点应力法的评估结果偏于保守,说明等效结构应力法对于挖掘机工作装置的疲劳寿命评估是十分有效和可靠的。文中方法可为其他焊接结构的疲劳寿命评估提供思路。

大型焊接结构疲劳寿命评估研究综述

大型焊接结构在各重大装备领域有着广泛的应用,其寿命评估对于设备安全服役至关重要。对大型焊接结构疲劳寿命评估方法进行了综述,对名义应力法、缺口应力法、热点应力法、等效结构应力法的原理、思路、优缺点及各自适用范围进行了比较、分析和总结,结果表明:名义应力法简单方便,可用于各领域的简单焊接结构分析;热点应力法在海洋船舶领域应用最为广泛;缺口应力法建模及求解过程复杂,对焊趾和焊根的疲劳分析均适用;等效结构应力法具有网格不敏感性,可以通过一条主S-N曲线将各种焊接接头的应用统一起来,具有良好的工程应用潜力。在此基础上,分门别类地介绍了轨道交通、船舶、桥梁、工程机械、车辆等领域大型焊接结构疲劳寿命评估的现状;分析了大型焊接结构疲劳寿命预测的主要难点和问题,为今后大型焊接结构的疲劳寿命评估方法的发展提供参考和思路。

基于实测数据的挖掘机工作装置疲劳寿命评估

针对挖掘机工作装置疲劳评估中真实载荷难以获取的问题,本研究提出一种多工况实测载荷驱动和刚柔耦合模型相结合的疲劳寿命评估方法。以挖掘机工作装置为研究对象,利用压力和位移传感器分别测得其在不同工况下的油缸压力和伸缩量,建立力学平衡方程计算出斗尖载荷。以斗尖实际载荷数据作为驱动,在ADAMS中进行刚柔耦合虚拟样机仿真,得到工作装置各铰点力并按比例合成多工况下铰点力-时间历程,应用nCode软件对挖掘机动臂、斗杆进行疲劳寿命分析,并将分析结果与疲劳台架试验结果进行对比。结果表明,疲劳破坏位置和寿命均与台架试验具有良好的一致性,可为挖掘机工作装置抗疲劳设计提供依据。

基于子模型技术的焊接接头疲劳强度评估

子模型技术基于圣维南原理,通过在整体模型上截取部分模型,以整体模型切割边界的计算位移值作为子模型的边界条件,从而高效地获取部分区域的计算分析结果。基于精细子模型建模技术和缺口应力法对典型对接焊接接头进行疲劳强度评估。算例结果表明子模型技术可以有效获得焊缝处缺口应力集中系数;与整体精细网格模型相比,子模型方法仅对局部模型进行细化,极大地减小了计算量,为基于缺口应力的疲劳强度评估提供了一种可行的思路。