铝合金材料A356疲劳寿命试验研究优化CAE有限元分析

产品开发前期的CAE有限元可靠性寿命分析,只用软件固有的材料性能参数,不能得到较准确的分析结果。因为相同材料的不同热处理等加工工艺,其应力-寿命曲线数据会有很大的差异。文章主要研究如何对特定加工工艺材料的不同结构产品进行置信度较高的有限元疲劳寿命分析。首先对特定材料的多根棒材静态拉伸后进行一定比例的不同载荷下的多项疲劳试验。再将试验后的数据进行威布尔分布统计分析得到该特定材料的应力-寿命曲线数据,并将其用于CAE分析软件数据库的数据优化。进而用优化后的CAE分析软件对某种结构件的分析结果与该结构件实际台架试验结果进行比对验证。两种结果的误差范围在可接受的范围内时,数据库优化后的CAE分析软件就可以在产品开发前期对该特定材料的不同结构产品、不同受力试验项目进行置信度较高的疲劳寿命分析。     

基于ANSYS Workbench的ZL50型装载机前车架疲劳寿命分析

文中基于CAE技术,对ZL50型装载机前车架进行结构分析与疲劳寿命分析。应用PRO/E软件建立前车架模型,将模型导入ANSYS Workbench软件中,得到装载机前车架的有限元模型;考虑装载机实际工况,通过对有限元模型进行静态分析,获得前车架在作业过程中应力与变形情况,并用有限元方法对其疲劳寿命进行分析评估;根据ANSYS Workbench软件得出的计算结果,找出应力集中点和容易产生疲劳失效的部位,为进一步分析提供指导。     

某纯电动商用车车身骨架强度仿真分析

车身骨架强度对车辆设计可靠性及巡航安全性具有重要影响,文章利用HyperMesh软件对某纯电动商用车车身骨架进行强度特性数值分析,基于壳单元及部件连接状态建立车身骨架有限元模型,并计算得到商用车车身骨架弯曲、扭转、制动、转弯工况下骨架应力分布,进而判定骨架是否存在局部应力集中、是否满足结构疲劳限值。根据计算结果对模型进行优化,再次计算结果表明,骨架结构强度在材料的屈服极限内,且整体应力余量较大,满足性能要求,数值研究为车型设计与优化提供技术支撑。     

齿轮齿条转向器的CAD/CAE仿真设计

齿轮齿条转向器的结构简单、紧凑,同时兼具较高的传动效率。文章以转向器上的齿轮齿条为研究对象,在Solidworks中建立齿轮齿条啮合的装配模型,在动力学仿真分析软件ADAMS中建立虚拟样机模型,分析机构的碰撞模型;最后,在ANSYS中对模型进行静力学与模态分析,仿真结果可得到应力应变与疲劳寿命等的分布情况,为转向器的实际力学性能评估提供参考依据。     

车桥桥壳强度疲劳分析及优化

论文以公司某款车桥桥壳为例,采用有限元分析软件ABAQUS进行求解运算,得出了桥壳的应力分布情况;将有限元计算结果导入到nCode软件,对桥壳进行疲劳寿命评估,得出了桥壳疲劳寿命值。根据运算结果,对薄弱部位进行了优化改进,降低了最大应力值,提高了疲劳寿命。计算机辅助工程（CAE）的计算结果经过了疲劳台架的试验验证,保证了计算结果的准确性,该研究为类似产品的设计提供了参考。     

有限元分析在重卡传动轴法兰叉优化设计中的应用

为满足整车轻量化和长寿命设计的要求,对重卡传动系关键部件的传动轴端面齿法兰叉进行轻量化和结构优化,利用有限元分析软件对优化前后的法兰叉模型进行应力分析,计算给出端面齿法兰叉在优化前后的应力分布云图,验证优化设计的合理性,提高疲劳寿命,减轻重量。为汽车传动系统零件及类似结构件的轻量化、结构优化提供了一种快捷且有效的解决方案。     

组合工况下自卸车驱动桥壳强度分析

为满足驱动桥壳越来越高的性能需求,以TY-1型商用驱动桥壳为研究对象,通过HyperMesh软件建立以3D实体单元为基本单元的有限元模型,在此基础上对驱动桥壳结构的静力、模态性能进行分析,得出应力、应变分布情况和前5阶模态下的固有频率及振型。分析结果表明,桥壳强度和刚度基本满足设计要求,且不会与地面激励产生共振。对驱动桥壳进行疲劳寿命分析,得到疲劳寿命云图,结果表明桥壳疲劳强度满足要求,进一步验证了设计的合理性。     

基于有限元法的摩托车车架疲劳寿命分析

本文以现代疲劳理论为基础,应用有限元法分析软件,模拟了摩托车车架疲劳强度台架试验的3种试验工况,对车架的疲劳寿命进行了预测分析,得到了车架的应力分布和疲劳计算结果,从而为车架的可靠性设计和结构优化提供了参考依据。     

制造工艺对铝缸盖高周疲劳耐久性的影响

由于铸造工艺的缘故,导致气缸盖的材料高周疲劳特性分布不均匀。为了模拟制造工艺对铸件机械性能的影响,Ford汽车公司开发了虚拟铝铸造工具。虚拟铝铸造的特点之一是能预测高周疲劳强度分布。由于残余应力对气缸盖的高周疲劳也起着重要作用,因此对残余应力也进行了模拟,并将其用于气缸盖的高周疲劳分析。采用ABAQUSTM软件对气缸盖总成、热应力和工作应力进行模拟。将工作应力与残余应力结合在一起,进行高周疲劳计算。采用FEMFATTM疲劳测试有限元分析软件进行高周疲劳分析。基于虚拟铝铸造模拟获得的局部材料特性,建立了用户定义的赫氏图。结果证明,利用在FEMFATTM软件中得到的局部特性分布,可显著提高气缸盖高周疲劳模拟结果的精确度。     

基于响应面的结构疲劳寿命6σ稳健优化设计

针对结构疲劳寿命离散性较大的问题,将响应面法、6σ稳健设计与疲劳寿命设计相结合,提出一种提高结构疲劳寿命稳健性且减轻结构质量的方法。该方法先用对设计参数进行拉丁超立方采样,用有限元法计算结构疲劳关键点处的平均应力和对称应力谱;然后采用Miner法求出结构关键点处的疲劳寿命,构造出疲劳寿命的响应面模型;最后基于响应面模型对结构进行疲劳寿命的6σ稳健优化设计。对某型搅拌车副车架进行了疲劳寿命稳健优化设计的结果表明,该方法在保证副车架疲劳寿命可靠性满足设计要求的基础上,有效提高其疲劳寿命的稳健性,减轻其结构质量。     

三缸发动机缸体及平衡轴强度分析

三缸机相对于其他多缸机平衡问题更加复杂,可采用平衡轴设计来抵消发动机工作中的不平衡力矩,而增加平衡轴后发动机结构强度面临挑战。以某三缸发动机升级机型的结构强度为研究对象,搭建动力学模型获取发动机缸体所受的工作载荷,搭建有限元模型对平衡轴及缸体进行应力分析,使用疲劳软件对缸体进行疲劳强度校核。最后通过应变测试对仿真结果中的危险位置进行验证,保障发动机结构强度设计可靠性。     

悬架下摆臂的疲劳寿命分析

根据汽车悬架下摆臂所受的极限静载工况下的结构应力分析、道路载荷作用下的疲劳损伤分析和常用行驶工况下的疲劳寿命等分析,采用CAE与台架和道路试验相结合的方法,从多体动力学得到载荷值,应用“惯性释放法”获得不同工况下,下摆臂的应力分布特征;据此确定易出现疲劳损伤的部位,为下摆臂探索出一种一体化疲劳寿命分析方法;采用该方法对某型汽车下摆臂进行分析的结果表明,受到的应力下降1OMPa时,疲劳寿命约能提高1倍.     

沥青路面线性疲劳损伤特性及应力状态演变规律

为了研究沥青路面结构在车辆荷载作用下的疲劳损伤演化特性及应力状态演变规律,运用通用有限元软件ABAQUS及二次开发平台,建立考虑路面材料线性疲劳损伤的沥青路面结构数值计算模型,分析沥青路面结构在车辆荷载反复作用下路面结构损伤以及路面结构内部水平正应力的空间分布与演化规律。结果表明:路面结构损伤主要分布在双轮中心线下靠近层底的区域,随着荷载作用次数增加,基层层底与底基层层底损伤度均增加,但增加幅度逐渐减小;双轮中心线下靠近层底区域,考虑损伤的路面结构相比无损路面结构,水平拉应力均有所减小,且随荷载作用次数增加,水平拉应力逐渐减小,但减小的幅度逐渐趋缓。研究结果可用于路面维修养护中路面破坏区域及程度的判断,以及路面设计研究中设计指标的确定。     

柴油机齿轮室总成异响分析与改进

针对某叉车柴油机齿轮室总成在常用工作转速条件下产生异响的实际问题,给出了基于连续小波变换的谱分析技术与有限元计算模态分析法相结合的方法对其异响进行分析研究。通过台架试验分析,提取了齿轮室总成异响与其激励源响应的时频相关特征,找到了引起异响的原因：齿轮室总成固有频率与柴油机宽带激励频率相吻合,产生了结构共振;通过有限元模型仿真分析,识别了不同装配条件下齿轮室总成的固有特性,确定了导致结构系统共振的薄弱环节。试验结果表明,通过增加齿轮室总成局部结构刚度,提高其固有频率,能消除齿轮室总成异响。     

自锚式悬索桥合理成桥状态静力特性试验研究

依托某双塔对称体系自锚式悬索桥,按几何缩尺比1∶50进行模型静力性能试验研究。模型设计上运用基于刚度相似原理的方程式分析法,获得了多相介质缩尺模型与结构原型的静力相似判据。采用模型试验与有限位移理论相互印证的手段,研究了自锚式悬索桥结构体系在合理成桥状态下的静力学特性。结果表明：除塔附近加强吊杆外,全桥吊索应力分布较为均匀;主缆应力分布特征与主缆线形具有较强相关性;加劲梁在弯矩与轴力组合作用下,上下缘应力分布较为均匀,线形符合设计要求;成桥状态各构件安全储备较大;模型验测试值与理论计算值吻合较好,同时印证了缩尺模型设计的合理性。     

基于多尺度的高层钢框架梁柱节点疲劳分析

高层钢结构梁柱节点在地震交变往复荷载作用下发生低周疲劳破坏进而导致结构发生倒塌。因此,为了保证钢结构梁柱节点不发生疲劳破坏,有必要对梁柱节点以及节点域的疲劳特性进行分析研究。首先,利用多节点约束方法建立悬臂梁模型,验证多尺度建模方法;其次,基于Ansys建立一幢12层钢框架梁系有限元模型,掌握结构在地震作用下应力应变分布规律;在此基础上,利用多尺度建模方法,建立该框架结构多尺度有限元模型,详细分析钢结构梁柱的应力应变分布规律;最后,通过S-N曲线对局部梁柱节点的寿命进行预测分析。结果表明,钢框架梁柱节点以及节点域的应力分布比较集中,从而引起梁柱节点的局部破坏,最终导致整体钢框架的失效,在以后的设计中,应对梁柱节点的疲劳问题予以考虑。     

某重型载货汽车驾驶室翻转液压缸下支架轻量化设计

针对某重型载货汽车驾驶室翻转液压缸下支架存在结构强度过剩、零件种类及数量、装配工序较多等问题,对结构进行综合优化设计。采用正向设计思路,提取支架准确载荷,优化原力学模型,借助CAE软件进行拓扑优化,实现等强度设计目标;优化结果表明,优化后方案应力分布更加均匀,材料利用率提高,实现了质量大幅降低。     

商用车油箱托架动态响应仿真分析

采用CAE仿真分析技术和HyperWorks仿真分析软件,模拟商用车油箱托架在道路试验过程中通过最坏路面工况时的动态响应,获得了油箱托架最大的响应应力分布和响应应力时间历程,评判油箱托架结构强度设计的可行性,为油箱托架产品开发提供了强大的技术支持.     

采用新型U肋的钢桥面板焊接残余应力研究

基于热弹塑性有限元法,采用ANSYS软件,以镦边U肋与顶板连接处焊缝为研究对象,运用生死单元技术,模拟镦边U肋加劲钢桥面板的焊接温度场与应力场,并分析其焊接残余应力的大小与分布规律。结果表明:焊缝附近应力梯度大,存在较大的残余拉应力,拉应力峰值约为1.16f y;远离焊缝处,顶板存在0.23fy左右分布均匀的压应力,U肋最大压应力为0.09fy;设计时应考虑残余应力对结构性能的影响,尤其是疲劳问题。     

支座位置整体节点设计优化研究

支座位置整体节点受力大,往往存在应力集中、局部应力过大现象,为研究支座位置整体节点的受力特性,给设计优化提供依据,该文以广州明珠湾大桥MG22节点为研究背景,建立考虑支座效应的Ansys有限元模型,对该节点的应力分布规律及结构优化方法进行研究。结果表明：支座竖向加劲肋的焊接端部通常是应力集中区域,支座范围内的结构局部刚度及刚度变化平缓性将直接影响整体节点应力峰值,优化该区域的加劲肋分布及其覆盖范围可使板件传力更加合理,从而改善整体节点应力状况;优化后板件最大等效应力及疲劳应力幅分别降至328.7、38.2 MPa,节点板与底板的应力分布变得更加均匀,其中节点板的等效应力峰值与最大疲劳应力幅分别由416.6 MPa下降至307.2、59.1降至33.5 MPa,底板的等效应力峰值与最大疲劳应力幅分别由396.8 MPa下降至257.5、38.3降至25.2 MPa,各板件的应力水平均有了很大程度的降低,验证了节点构造的合理性及传力有效性。