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1、
軸重?fù)u枕的受力分析
機(jī)制B095班 *** ***********
摘 要：介紹了疲勞分析的理論基礎(chǔ)和疲勞強(qiáng)度評定方法，利用ANYSYS9.0軟件，建立了軸重?fù)u枕的有限元模型，對其進(jìn)行了受力評定。
關(guān)鍵詞：搖枕；疲勞強(qiáng)度
1、概述
隨著貨車車輛向高速、重載和輕量化方向的迅速發(fā)展，其疲勞強(qiáng)度及可靠性的要求也越來越高。搖枕作為鐵路貨車轉(zhuǎn)向架主要承載部件之一，在使用過程中承受著巨大的拉、壓、沖擊、彎曲等交變載荷作用，工況十分惡劣。其主要失效形式是疲勞破壞，搖枕的疲勞裂紋失效問題已成為影響貨車發(fā)展的重要因素。實踐證明，目前采用傳統(tǒng)強(qiáng)度設(shè)計方法的機(jī)車車輛結(jié)構(gòu)，在使用中暴露出
2、不少疲勞損傷方面的問題，雖然其成因較為復(fù)雜，但在設(shè)計階段對關(guān)鍵結(jié)構(gòu)部件的疲勞壽命預(yù)測研究不足卻是重要的原因之一。本文旨在產(chǎn)品設(shè)計階段就考慮零部件疲勞壽命問題，在滿足產(chǎn)品各項性能要求的同時，又具有較合適的疲勞使用壽命，最終完成產(chǎn)品的設(shè)計。
2、應(yīng)力分析的理論基礎(chǔ)
目前廣泛使用的分析方法有：名義應(yīng)力法、局部應(yīng)力應(yīng)變法、斷裂力學(xué)方法和概率斷裂力學(xué)方法等。其中名義應(yīng)力法作為一種常規(guī)有效的壽命估算方法，是目前工程中廣為應(yīng)用的一種高周疲勞壽命估算方法。
2.1載荷類型
疲勞載荷一般有穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力和非穩(wěn)定性循環(huán)變應(yīng)力２種。穩(wěn)定循環(huán)分為對稱循環(huán)、脈動循環(huán)和非對稱循環(huán)；非穩(wěn)定性循環(huán)分為規(guī)律性非穩(wěn)定循
3、環(huán)和隨機(jī)性的非穩(wěn)定循環(huán)。對于隨機(jī)性的非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力，則運用雨流計數(shù)法獲得應(yīng)力－時間歷程的雨流循環(huán)，進(jìn)而獲得分析所需要的疲勞應(yīng)力譜。疲勞載荷的類型見圖１。在疲勞載荷的描述中，經(jīng)常使用應(yīng)力幅和應(yīng)力范圍 的概念，并用最小應(yīng)力與最大應(yīng)力的比值Ｒ來描述循環(huán)應(yīng)力的不對稱程度。定義如下：
（1）
（2）
（3）
（4）
圖1 疲勞載荷的類型
循環(huán)應(yīng)力中的靜載分量通常稱為平均應(yīng)力，用σｍ表示。應(yīng)力幅σａ反映了交變應(yīng)力在一個應(yīng)力循環(huán)中變化大小的程度，它是使金屬構(gòu)件發(fā)生疲勞
4、破壞的根本原因。平均應(yīng)力對構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度有一定的影響。壓縮平均應(yīng)力往往可以提高構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度，而拉伸平均應(yīng)力往往會降低構(gòu)件的疲勞強(qiáng)度。
2.2材料的曲線
Ｓ－Ｎ曲線就是材料所承受的應(yīng)力幅水平與該應(yīng)力幅下發(fā)生疲勞破壞時所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)的關(guān)系曲線。如圖２所示，縱坐標(biāo)表示試樣承受的應(yīng)力幅σ，橫坐標(biāo)表示應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，曲線中的水平直線部分對應(yīng)的應(yīng)力水平就是材料的疲勞極限。對鋼鐵材料，此“無限”的定義一般為次應(yīng)力循環(huán)。疲勞極限是材料抗疲勞能力的重要性能指標(biāo)，也是進(jìn)行疲勞強(qiáng)度的無限壽命設(shè)計的主要依據(jù)。
疲勞極限是長壽命機(jī)械和結(jié)構(gòu)抗疲勞設(shè)計的基本數(shù)據(jù)但試驗測定疲勞極限是十分耗資費力的。因此研究者試圖
5、通過材料的靜力性能來估計疲勞極限。目前，已有一些建立在試驗 數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的經(jīng)驗關(guān)系式它們大多是在應(yīng)力比Ｒ＝－１時的疲勞極限的表達(dá)式。
對于材料的抗拉強(qiáng)度鋼，時，。
3、搖枕的應(yīng)力分析
3.1 用Pro/E建立模型，然后導(dǎo)入ANSYS，所得結(jié)果如下圖所示：
3.2 對模型進(jìn)行網(wǎng)格化，所得結(jié)果如下圖所示：
3.3有限元離散模型的建立
取整個搖枕結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元建模分析，在搖枕兩端側(cè)支承處施加垂向約束，八字面上施加橫向約束，以模擬其支承情況。模型統(tǒng)計數(shù)據(jù)列于表２。
表2
單元類型
Solid 45
單元數(shù)／個
8230
結(jié)點數(shù)／個
5564
3.4 將網(wǎng)格化的模型進(jìn)行加載，可以得到如下所示的結(jié)果。
3.5 最終的有限元應(yīng)力分析結(jié)果如下：
4.結(jié)束語
以軸重?fù)u枕為研究對象，采用軟件仿真和理論計算相結(jié)合的手段，研究探索了搖枕的疲勞問題。主要研究了搖枕在典型載荷工況下的有限元應(yīng)力計算結(jié)果，不僅實現(xiàn)了搖枕結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計，同時又對科學(xué)地制定管理方法，避免搖枕斷裂事故的發(fā)生具有重要的指導(dǎo)意義。
5.參考資料
【1】材料力學(xué) 劉鴻文 高等教育出版社
【2】有限元基礎(chǔ)理論與ANSYS11.0應(yīng)用 管殿柱主編 機(jī)械工業(yè)出版社
學(xué)生作業(yè) 軸重?fù)u枕的受力分析
