Numerical Computation of Stress Intensity Factors for Bolt-hole Corner Crack in Mechanical Joints

The three-dimensional finite element method is used to solve the problem of the quarter-elliptical comer crack of the bolt-hole in mechanical joints being subjected to remote tension. The square-root stress singularity around the corner crack front is simulated using the collapsed 20-node quarter point singular elements. The contact interaction between the bolt and the hole boundary is considered in the finite element analysis. The stress intensity factors （SIFs） along the crack front are evaluated by using the displacement correlation technique. The effects of the amount of clearance between the hole and the bolt on the SIFs are investigated. The numerical results indicate that the SIF for mode I decrease with the decreases in clearance, and in the cases of clearance being present, the corner crack is in a mix-mode, even if mode I loading is dominant.

基于ANSYS车轮——钢轨接头夹板接触三维有限元分析

利用ANSYS软件,建立了三维模型,研究了车轮经过轨缝时准静载作用下接头夹板的应力分布情况,并探讨了轨缝宽度对夹板应力分布的影响,为轮轨接头破坏机理及日后改进方案提供了依据。

基于ANSYS的冷却器管板胀接有限元分析

胀接过程中胀管量的合理选取关系到换热器的换热性能和松紧程度。本文运用ANSYS软件对管板进行机械胀接过程的模拟,分两个工况:工况一模拟整个胀接过程,模拟胀接过程中换热管的应力和变形情况;工况二模拟换热管拉脱过程,检验其胀接松紧程度。

基于ANSYS的机翼接头强度分析及优化设计

利用ANSYS软件对机翼接头进行强度分析,并对螺栓孔的应力集中问题进行研究。通过在不同工况下对接头的有限元分析,得出了接头的应力分布规律,然后根据分布规律改进了接头模型,有效地降低了螺栓孔的应力集中,为结构优化设计提供了一种辅助设计方法。

埋头弹步枪导轨曲线槽的设计分析

为研究不同导轨曲线槽形状对埋头弹步枪导轨-弹膛机构运动特性以及弹膛突耳与导轨曲线槽接触力的影响,以某中口径埋头弹步枪为对象,基于一次函数、二次函数、三次函数和五次多项式函数设计了4种导轨曲线槽,建立了相应的导轨-弹膛机构的三维模型,采用Adams建立了导轨-弹膛机构的虚拟样机模型,利用Abaqus建立了导轨-弹膛机构有限元模型,并进行了仿真研究与分析。仿真结果表明:选用不同导轨曲线槽时,活动弹膛升降速度、导轨曲线槽与突耳间的接触力、以及导轨曲线槽的接触应力明显不同,最大接触应力主要分布在导轨曲线槽起始位置和终止位置;选择五次多项式函数作为导轨轮廓曲线时,导轨曲线槽起始位置和终止位置的接触应力较其他导轨曲线槽的接触应力小。

金沙江白鹤滩水电站柱状节理玄武岩岩体变形特性研究

金沙江白鹤滩水电站坝址区柱状节理玄武岩与一般柱状节理玄武岩相比,特点明显,其柱状节理起伏、不规则,柱体断面不规则且切割不完全,柱体内微裂隙发育,岩体内缓倾角构造结构面也较发育,岩体完整性较差,但呈断续镶嵌结构。在柱状节理玄武岩工程地质调查、岩体弹性波测试、多种现场岩体变形试验等工作基础上,系统分析了白鹤滩柱状节理玄武岩的基本力学特性和不同试验加载条件下的岩体变形机制。白鹤滩柱状节理玄武岩中发育的柱状节理、微裂隙及缓倾角结构面是导致岩体变形模量较低的主要因素;柱状节理玄武岩水平向变形模量明显大于铅直向变形模量,是由结构面发育特征和岩体应力状态决定的;新鲜柱状节理玄武岩中的柱状节理和微裂隙为硬性结构面,围压状态下呈闭合状,解除围压后易张开、松弛,保持围岩状态下柱状节理玄武岩仍具有较高的变形模量。

接触应力对轮轨材料滚动摩擦磨损性能影响

利用MMS-2A型微机控制摩擦磨损试验机研究了接触应力对轮轨材料的滚动摩擦磨损性能影响.结果表明:随接触应力的增加,滚动摩擦系数呈增加趋势,车轮和钢轨试样磨损加剧;相同接触应力水平下,车轮试样磨损量大于钢轨试样,表面损伤严重;随接触应力的增加,车轮试样表面从犁沟且轻微剥落向严重剥落损伤转变,钢轨试样表面损伤主要表现为犁沟效应并伴随有剥落现象,但相比车轮试样的剥离损伤要轻微.

考虑变摩擦系数的轮轨系统滑动接触热弹塑性应力分析

以LM型踏面车轮和60kg·m-1钢轨为例,采用双线性塑性模型和平面应变热力耦合单元实现轮轨的热弹塑性耦合,传热过程中考虑轮轨接触斑处的非稳态热传导以及轮轨与周围环境间的热对流和热辐射,建立轮轨滑动接触二维热弹塑性有限元模型,分析轮轨接触斑间全滑动时不同相对滑动速度下,与温度变化相关的变摩擦系数对轮轨接触表面温度和等效应力的影响,并与取0.334的常摩擦系数时进行对比。结果表明:钢轨在轮轨接触斑附近的摩擦温升主要分布在其接触表面大约1.8mm的深度范围内,而车轮的主要分布在其接触表面大约2.5mm的深度范围内,采用变摩擦系数得到的轮轨摩擦温升要比采用常摩擦系数时低57%左右;轮轨接触斑附近钢轨和车轮的最大等效应力出现在车轮和钢轨的次表面上,采用变摩擦系数时得到的车轮和钢轨等效应力的影响范围比采用常摩擦系数时略小;轮轨间相对滑动速度对车轮接触表面的温度和等效应力影响不明显,但对钢轨接触表面温度和等效应力的影响明显,相对滑动速度越大,钢轨接触表面的温度也越高。

基于接触面特征的螺栓联接刚度研究

螺栓联接由于其可靠和有效性在工业界得到广泛应用,螺栓联接设计中的联接刚度设计在螺栓联接结构中具有十分重要的作用。提出一种最佳预紧力下螺栓联接结构的有限元分析方法,在综合考虑螺栓螺母与被联接件及被联接件之间的受力、接触、摩擦等非线性因素的基础上,采用不同结构的系列参数模型运算结果进行联接刚度分析,研究了螺栓预紧力、被联接板厚度、螺栓公称直径、被联接板外径及螺母系数等因素对联接刚度的影响。通过接触面压应力分布实验验证和连续性假设,对联接结构刚度函数式进行无量纲化推导,实现了系列参数模型无量纲化刚度数据的有效拟合,在有限元分析结果基础上获得了计算螺栓联接结构联接刚度的计算公式。通过与有限元分析结果及文献[4-6]结果比较,验证了该刚度计算公式的有效性和可靠性。

基于接触理论的螺栓联接接触面力学特性研究

运用多微凸体粗糙接触表面由弹性、弹塑性至塑性变形转化过程的连续光滑可导原理,论证了载荷作用下接触面接触强度及实际接触面之间的连续性和区域性。用混合单元法创建实际螺栓结构接触压力模型,求解出螺栓结构的实际接触面积与接触压应力分布。对比超声波实验数据,有限元分析(FEA)结果与超声波实验结果相吻合,验证了模型的正确性和有效性。通过系列模型,分析压应力沿螺栓方向的传递作用,证明螺栓联接结构接触应力在环形区域内分布的连续性,并探讨了改变预紧力和结构几何参数对螺栓联接接触强度、接触应力范围的影响规律。

非连续变形计算力学模型及其在有缝重力坝静力分析中的应用

对于有缝重力坝的静力分析 ,基于连续介质力学的界面单元 -有限元方法难于比较精确地模拟缝间的接触应力 ,从而无法合理地估算坝体应力与变形 .本文简述了作者近年来对于多体系统所发展的非连续变形计算力学模型的基本原理 ,它能够根据接触界面的本构特性及其力学和运动学两方面约束条件精确地再现受力过程中界面相互作用力的传递与非连续变形状态 .进而将这种方法应用于有缝重力坝的静态应力与变形分析 .实例数值分析表明该模型的计算结果从定性上讲是合理的 ,为判断坝体缝隙的工作状态与界面应力提供了可能的途径 。

钢轨错牙接头区轮轨接触的热弹塑性分析

为了探究钢轨错牙接头区轮轨滑动接触关系,利用有限元软件ANSYS建立了轮轨滑动接触热弹塑性二维有限元模型,分析了错牙高度、滑动速度以及常、变摩擦系数对轮轨间接触应力以及钢轨摩擦温升的影响.研究表明:轮轨间的接触应力、摩擦热、剪应力、等效应力以及等效塑性应变均随错牙高度增大而增大,错牙高度从1.6mm增加到1.8mm时剪应力、等效应力以及等效塑性应变急剧增大;轮轨接触应力等各值也随着滑动速度的增加而增大,在3m/s时存在速率突变;最大摩擦温升、剪应力、等效应力和等效塑性应变随摩擦系数的增大而增大,但轮轨接触应力则随摩擦系数的增加而减小.

弧面分度凸轮机构的动态接触分析

运用自主开发的基于MATLAB和UG的弧面分度凸轮三维造型设计系统建立弧面分度凸轮机构的三维模型,在UG软件中将模型数据变换为ANSYS能够接受的Parasolid文件格式,导入ANSYS软件中,经过装配和修复进行弧面分度凸轮的瞬态动力学分析。得到弧面分度凸轮机构在分度期内的弧面分度凸轮工作轮廓曲面和转盘滚子曲面的动态接触应力分布及其变化规律,其分析结果与实际工作情况相符。

滚动接触疲劳作用下的铁轨裂纹萌生与扩展机理

为研究高速铁路由于滚动接触而导致铁轨表面产生裂纹的安全问题,以欧洲地区的研究为主,综述滚动接触疲劳作用下铁轨裂纹萌生与扩展机理及预测裂纹萌生与扩展机理的模型与方法,总结在该领域的研究方向与热点.

进水塔基础接触面力学模型对塔体结构应力的影响

用ANSYS中的接触单元分析进水塔基础接触面力学模型对塔体结构应力影响;经分析,基础接触面的力学模型对扬压力作用的影响非常明显,对地基反力、地震作用影响很小;接触面力学模型对塔体结构应力影响主要表现在底板部位;接触单元的接触面与目标面易发生相互嵌入而产生应力增加或降低的假象,因此,对接触单元的应用一定要慎重。

水位循环变化作用下有纵缝重力坝的非线性特性

在简述了笔者所发展的一种新的多体系统非连续变形分析方法的基础上 ,应用这一模型进行了具体数值计算 ,探讨了有纵缝重力坝在水位循环变化作用下的应力与变形特性。数值分析表明 ,在库水位循环变化等复杂加载历史作用下 ,坝体的变形、主应力大小及其方向角和缝间界面接触应力呈现非线性的周期性变化 ;当纵缝为连续接触时整个坝体的应力与变形呈现出线性特性 ,而当纵缝为非连续接触且具有缝宽时 ,系统表现出强烈的非线性特性 ,随着缝宽的增大非线性程度降低 ,但坝体的应力集中效应加剧。算例研究表明本文方法为有缝结构的非线性分析和接触分析提供了有力的计算工具。

污泥干化处理机行走机构分析研究

针对太阳能污泥干化处理一体机行走机构中的轮轨接触优化设计问题进行了分析研究,构建了行走机构轮轨的三维模型,并将其导入ALGOR专业分析软件,构建了接触应力分析模型,同时,针对实际工况中行走车轮相对于钢轨发生横向偏移量的情况,进行了轮轨接触应力、接触面形状、接触面大小与横向偏移量之间关系的计算与研究。计算结果表明轮轨的接触应力满足强度设计要求,应力大小与偏移量有关,同时也指出采用合理的横向偏移量可以优化轮轨接触应力。

基于概率统计方法对钢轨疲劳裂纹路径的研究

目的利用有限元软件ANSYS对车轮滚过裂纹过程进行分析,确定轮轨接触疲劳裂纹的扩展方向。方法基于最大周向应力判据,用概率统计的方法对车轮滚过裂纹过程中,不同角度初始裂纹可能的扩展角度进行分析。车轮滚过裂纹过程中,用可能扩展角度的均值作为裂纹的扩展方向计算裂纹扩展路径。结果用概率坐标纸拟合出的相关系数均大于98.5%,说明裂纹可能的扩展角度符合威布尔分布的可能性超过98.5%。当裂纹长度小于700μm时,裂纹可能的扩展角度基本符合威布尔分布;当裂纹长度达到800μm时,裂纹尖端的等效应力强度因子(Keff)出现4个峰值;当裂纹长度达到1200μm时,第3个峰值载荷处裂纹尖端的Keff超过了材料的断裂韧性,此时裂纹会向行车相反的方向急剧地扩展。结论对于不同角度初始裂纹,其扩展角度基本符合威布尔分布;整个裂纹路径的趋势与实验测得的裂纹路径有较好的一致性,车轮滚过裂纹过程中,用裂纹可能扩展角度的均值作为裂纹的扩展方向可行。

三叉杆滑移式万向联轴器抗挤压结构研究

针对三叉杆滑移式万向联轴器主要配合表面接触应力较大,容易变形的问题,分析挤压机理并提出新型抗挤压结构。利用接触理论对新型结构与原始结构的接触应力进行对比分析,并通过ANSYS软件仿真验证。为进一步改进三叉杆滑移式万向联轴器的结构提供了理论依据。

考虑塑性的钢轨表面疲劳微裂纹分析

目的研究塑性条件下受重复轮轨荷载的钢轨表面的初始疲劳裂纹行为。方法建立含表面微裂纹的钢轨二维有限元模型,通过耦合裂纹面对应节点达到无裂纹的效果。经过几次循环加载后取消节点耦合设置,达到出现裂纹的效果。分析随着轮轨循环加载钢轨的响应,计算残余应力强度因子,并利用渐进状态(随着循环次数的增加,裂纹尖端区新产生的塑性越来越小,裂尖小范围内塑性不再增加)下的应力强度因子计算初始疲劳裂纹扩展速率。结果有限元模拟中,轮轨荷载循环加载在钢轨上表面,使其产生拉伸残余应力,且随着深度增加,拉伸残余应力越来越小。裂纹萌生后,不同角度的裂纹残余(KI)都随循环次数的增加而减小,但残余(KII)都随循环次数的增加而增大。受残余应力的影响,渐进状态下的钢轨表面初始微裂纹应力强度因子随裂纹角度(θ)的增加而增加。结论钢轨表面的残余应力加快了初始微裂纹的扩展速率,降低了钢轨的使用寿命。