基于流固耦合方法的某缸盖热机疲劳分析及设计改进

为分析某增压柴油机缸盖排气道侧水套在台架耐久试验中发生多起开裂失效现象的原因,应用FEA-CFD耦合方法对缸盖进行温度场、应力、高周疲劳强度分析。通过仿真找出缸盖结构薄弱区域。温度场计算结果和火力面温度测量结果一致。经过分析,确认开裂区域应力水平过高、安全系数不足是导致缸盖失效的根本原因。对开裂区域结构进行优化,降低其应力水平,提高缸盖的疲劳安全系数,优化后的缸盖通过了试验验证。     

基于疲劳寿命的40 t轴重重载单线隧道隧底参数优化

基于疲劳寿命分析方法对几内亚西芒杜新建40 t轴重重载铁路隧道进行隧底结构参数设计优化分析。考虑不同围岩等级、轴重、结构参数以及行车速度等的多种工况,采用动力有限元方法得到列车动载作用下隧底结构疲劳危险部位的应力时程曲线即应力水平,而后根据疲劳累积损伤理论,创新性地考虑应力疲劳与材料碳化的耦合,得到了不同工况隧底混凝土结构的使用寿命。最后给出了不同围岩级别下单线有砟铁路隧底结构优化参数,探讨了轴重和行车速度对结构疲劳寿命的影响规律。     

基于瞬态响应的柴油机缸盖多轴应力分析

为了给缸盖的疲劳寿命预测提供准确的边界条件,以某型柴油机缸盖为研究对象,运用Ansys有限元分析软件,采用直接积分法对其进行了标定工况的瞬态计算,并将计算结果与有限元静力学分析结果进行了对比。考察瞬态计算得到的应力多轴状态,研究高应力梯度部位多轴应力的变化趋势,结果表明:气缸盖在工作时,结构上的多轴比例载荷与多轴非比例载荷状态共存。     

FSAE赛车差速器支撑架可靠性与轻量化协同优化设计

为提高FSAE赛车传动系统差速器支撑架的结构强度并减小其质量,采用协同优化与可靠性分析方法,以安全系数、最大应力和质量作为协同优化目标,选取支撑架的疲劳寿命和最小安全系数为可靠性约束,建立可靠性优化设计模型;基于有限元分析的样本点数据进行求解,对有限元仿真结果进行拓扑优化并设置结构参数变量。结果表明,优化后结构满足工程设计所需强度和安全要求,在最小安全系数仅减小3.61%的情况下支撑架质量减少7.14%,达到了优化目标。     

FE Analysis and Optimization of Vehicle Drive Axle Housing

建立了基于ANSYS的汽车驱动桥壳的参数化有限元模型,在最大垂向力工况下对桥壳进行静力分析,得到桥壳的应力和位移分布规律.对桥壳进行模态分析,得到桥壳1～5阶固有振动频率.通过疲劳寿命分析,获得桥壳各部分的疲劳寿命和安全系数.最后采用目标驱动优化方法对桥壳进行以轻量化为目标的优化.有限元分析和试验验证结果表明,优化后桥壳轻量化效果明显,应力与变形符合要求.     

高强化柴油机铸铁缸盖承载特性研究

研究了某柴油机铸铁缸盖结构温度和应力随时间的变化行为,明确热-机械载荷作用下缸盖的承载规律,为缸盖寿命预测模型建立提供依据。首先建立了缸盖有限元分析模型,利用实测温度和应力数据对模型进行了标定,进而基于该模型计算了标定工况及怠速与标定工况交替变化条件下缸盖温度和应力的变化规律。仿真结果表明:缸盖最高温度和最大热应力出现在鼻梁区域;在工作循环内,缸盖火力面温度波动幅值在30℃以内,由此引起的波动热应力相对定常热应力较小,但相对高频气体应力较大,故在火力面高周疲劳校核过程中必须考虑其带来的影响;在怠速和标定转速交替变化工况下,鼻梁区载荷变化最明显,温度与应力呈现反相状态,应力幅值较高,该区域易发生低周疲劳损伤。     

铸铁试件在热冲击下热疲劳寿命的研究

采用简单的模拟试件进行缸盖常用的铸铁材料在热冲击条件下的低周热疲劳试验,同时建立试件的有限元模型,并运用有限元法对试件进行了温度场和应力与应变场的模拟计算,预测了试件的疲劳寿命.预测的疲劳寿命与试验结果吻合良好,说明模拟计算方法和所建预测模型的正确性.缸盖受到的低周热疲劳损伤与试件所受的热疲劳损伤具有一定的相似性,因此本文中采用的试验与模拟方法也适用于实际缸盖热疲劳寿命的研究.     

热机耦合作用下发动机缸盖结构强度及疲劳研究

以某缸盖为研究对象,开展额定工况下的热平衡试验,并基于流-固耦合方法对水套的流场和缸盖的温度场进行分析。对缸盖由热载荷与机械载荷产生的耦合应力场进行求解,确定缸盖鼻梁区为应力危险点。缸盖爆压工况下的高周疲劳安全系数和起停工况下的低周疲劳寿命计算结果表明:考虑热机耦合与不考虑热机耦合的疲劳计算结果差别很大,热机耦合作用不可忽视。     

发动机缸盖热机械疲劳及寿命预测研究

缸盖作为发动机的关键组成部件,使用工况较复杂,容易发生热机械疲劳(TMF)失效,其疲劳强度特性的优劣直接影响发动机的寿命。文章针对发动机开发过程中缸盖开裂的工程问题,建立了缸盖高周疲劳(HCF)和低周疲劳(LCF)计算模型,综合分析缸盖开裂的原因。根据发动机热冲击试验规范计算了缸盖的瞬态温度场,以反映实际试验中金属温度场情况;进行了缸盖TMF材料属性测试,得到了等温低周疲劳数据;同时在TMF计算模型中考虑了蠕变、氧化、硬化和软化等因素。计算结果表明,该缸盖局部存在寿命较低的情况,位置与试验中缸盖开裂位置吻合;经过局部结构优化,寿命达到设计要求,并通过了试验验证,解决了该缸盖的开裂问题,为后续开发提供了技术保障。     

组合梁负弯矩区栓钉焊趾疲劳评定方法

各国规范中,组合梁栓钉焊趾部位通常采用2种疲劳细节分别进行疲劳检算。但在负弯矩处栓钉焊趾往往承受栓钉剪应力循环和钢梁翼缘拉应力循环的共同作用。引入通常用于计算变幅应力疲劳的线性累积损伤理论,对2种应力循环引起的结构同一部位的疲劳进行评定,给出组合梁负弯矩区栓钉焊趾疲劳评定公式。     

正交异性钢桥面板典型细节的疲劳损伤分析

为研究正交异性钢桥面板典型疲劳细节在单轮荷载作用下的应力及疲劳损伤度,以福州长门特大桥为背景,采用ABAQUS有限元软件建立钢桥面板节段模型和3处易开裂部位(横隔板-U肋焊缝、横隔板处和横隔板间的顶板-U肋焊缝)的子分析模型,分析车轮荷载作用位置变化时疲劳细节的应力时程;并采用雨流计数法分析各细节处的应力幅,对疲劳细节进行疲劳损伤度分析。结果表明:单轮荷载顺桥向位于相邻横隔板间时,对横隔板处的顶板-U肋焊缝应力产生较大影响;荷载横向分布接近±750mm时,疲劳细节的应力时程曲线较为平缓,荷载对其应力的影响较小;疲劳损伤最大的是横隔板处的顶板-U肋焊缝焊根部位,该部位易产生疲劳破坏。建议在该部位增设钢角撑或钢板等,以降低该位置的应力幅和疲劳损伤度,提高结构的耐久性。     

基于有限元的缸盖低周疲劳寿命仿真分析

对cofiin-manson模型进行修正,通过有限元的方法对整机模型进行分析,得到缸盖的温度场及应力场分布;运用子模型的方法进一步分析缸盖燃烧室部分,针对发动机的典型工况仿真分析缸盖燃烧室的低周疲劳寿命,并找出主要影响参数。     

钢-STC轻型组合桥面结构多参数分析

为综合研究STC层厚度、隔板厚度、栓钉间距对轻型组合桥面结构疲劳性能的影响,分析各参数间的协作性,得到基于该3种参数下轻型组合桥面结构的综合优化设计参数。以某大桥为工程背景,建立ANSYS局部有限元模型,对不同STC厚度、隔板厚度、栓钉间距情形下,钢桥面典型易疲劳开裂细节进行应力幅计算,并采用名义应力法对计算结果进行评估。基于有限元分析结果,得出以下结论:轻型组合桥面结构可以大幅提高钢桥面板的局部刚度,但对于整体刚度的贡献有限。各设计参数下的轻型组合桥面结构,对面板与U肋连接细节应力幅的改善作用均很大,而对其他细节改善作用则相对较小,U肋与隔板交叉处隔板裂纹细节为轻型组合桥面结构的开裂控制细节;STC层厚度由45 mm增加到60 mm可进一步降低钢桥面各疲劳细节应力幅;隔板变厚对U肋与横隔板交叉处隔板裂纹细节、U肋下缘对接焊缝细节应力幅改善较大,降幅为20%~29%;栓钉变密对U肋与横隔板交叉部位、弧形切口处细节改善作用明显,应力幅降低22.01%~27.96%;模拟的12种轻型组合桥面结构方案中,有7种方案的典型疲劳细节均满足疲劳强度设计要求,有一种方案理论上基本不会疲劳开裂。     

基于数据采集分析对800MPa高强钢车轮的设计优化

应用Abaqus软件对800 MPa高强度钢制车轮在动态弯曲负荷作用下的应力分布进行了仿真分析,根据计算机辅助工程分析结果得出最大应力分布区域,并对应力可能最大的部位进行了数据采集分析,根据数据分析所得车轮应力危险点部位,由此对轮辐进行曲面优化,最后与弯曲疲劳台架试验结果对比分析。     

基于疲劳试验的车轮拓扑优化和多目标优化

基于动态弯曲疲劳试验和动态径向疲劳试验对16×61/2J型车轮的轮辐进行了联合拓扑优化,设计了一个带有镁合金轮辋和铝合金轮辐的组装式车轮结构。建立其弯曲疲劳试验和径向疲劳试验的有限元模型,计算其强度、刚度、疲劳寿命和径向疲劳寿命安全系数,并分析了这些性能与车轮结构之间的关系。利用网格变形技术建立了组装式车轮在两种工况下的参数化模型并定义了12个设计变量,使用Isight软件平台集成各性能指标的计算软件建立了车轮多目标优化模型,利用哈默斯雷和最优拉丁超立方试验设计分别提取了72和10个样本点,拟合了Kriging近似模型并检验了近似模型的精度。利用所建立的近似模型,以车轮质量最小、弯曲疲劳寿命和径向疲劳寿命安全系数最大为目标,应力、位移和柔度为约束,采用第二代非劣排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对车轮进行了多目标优化,得到了Pareto前沿,综合考虑了车轮各项性能,选取了一个妥协解作为优化结果,并对优化前后车轮综合性能进行了对比。结果表明,在满足车轮各项性能要求的条件下,优化得到组装式车轮的质量比同型铸造铝合金车轮减小了29.42%。     

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.     

轮边减速器行星架结构强度和疲劳寿命分析

利用有限元法,分析了某型工程车辆轮边减速器行星架的应力分布状况.引人"应力分类"的概念,对最大载荷下行星架应力场进行分析,采用"分析设计"准则进行了结构强度校核;利用专业疲劳分析软件nSoft,预测了行星架在存活率为50%和99%下的疲劳寿命,并确定了行星架的危险部位.计算结果表明该行星架强度和疲劳寿命满足设计要求.     

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。     

车身结构中焊点疲劳寿命预估

采用焊点疲劳寿命预估方法,通过有限元分析并结合应力计算,即可计算出实际载荷工况下的焊点疲劳损伤。采用该方法对某轿车B柱结构焊点的寿命进行了预估,得出了各焊点的损伤和寿命分布情况,并预测出发生失效的部位为B柱与上横梁相交处,预测结果与实际发生的损坏部位一致。     

基于频域法的冷凝器支架随机振动分析

频域法随机振动疲劳分析是使用功率谱密度函数(Power spectral density)进行结构疲劳计算的方法。首先对结构进行频率响应计算,得到结构的单位应力频率响应函数;利用此传递函数与输入的功率谱,获得结构的应力功率谱密度,再结合材料参数选择合适的疲劳损伤模型,利用频域方法计算结构的疲劳强度。本文应用频域法随机振动疲劳分析,对某卡车的冷凝器支架实际工程问题进行了结构改进研究。