针对动力稳定装置关键部件疲劳寿命问题,文中采用基于多体动力学与有限元的方法,以动力稳定装置的夹钳油缸系统为研究对象,进行了仿真分析。该方法利用ADAMS软件对动力稳定装置进行多体动力学分析,得到夹钳油缸系统的受力载荷谱。将受力载荷谱导入有限元软件Ansys Workbench中,对夹钳油缸系统进行瞬态动力学分析。根据瞬态动力学分析结果,利用疲劳分析软件NCODE计算夹钳油缸系统的疲劳寿命状况。仿真分析结果表明,夹钳油缸系统疲劳寿命最薄弱的地方在其根部位置,最小循环次数为8.807×105。

由于受到高频剪切应力,行星变速箱行星轴的止动片易发生疲劳断裂。为提高行星变速箱可靠性,依托有限元建模方法,预测了止动片寿命随厚度的演变,确定了不同厚度区间对寿命的收益。结果表明有限元模型真实还原了工程中止动片的失效模式,验证了建模方法的可靠性。3 mm止动片在实际工况抗冲击次数约为1.484e+06次,受到冲击的表面所受力的大小为110 N。厚度为4 mm时,止动片最大可承受剪切应力的次数达到5.202e+06次,约为3 mm厚度止动片可承受次数的3.5倍。此外,理想止动片的厚度取值范围是4~4.5 mm。本研究的建模方法和结论为行星传动系统的寿命提升提供了重要参考。

对游乐飞碟驱动半轴进行了疲劳寿命预测。运用ANSYS Workbench得到驱动半轴危险点的位置及该处的应力集中系数,设计相应的扭转试样,进行拉伸试验与扭转疲劳试验,得出材料的抗拉强度并修正材料的S-N曲线,进一步修正得出构件的S-N曲线,导入到NCODE软件中,结合设备满载与偏载载荷时间谱,通过小试样试验来实现对大型结构件的寿命预测。通过进行不同存活率P下疲劳寿命预测,得到在99%的存活率下,驱动半轴的疲劳寿命大概为2.9年。此数值可以作为游乐飞碟驱动半轴检修与更换的依据。

为分析多目标优化前、后铝合金车轮径向疲劳可靠性,建立了铝合金车轮的有限元模型并进行静力学分析,在nCode中基于应力分析理论进行数值仿真计算,对车轮进行径向疲劳寿命分析。以车轮的径向疲劳寿命和自重为优化目标构建多目标优化数学模型,优化后的车轮径向疲劳寿命大幅提高,同时车轮的自重减少了15%。基于6σ方法对优化前、后的结果进行了可靠性分析,结果表明优化后的车轮可靠性更高。

利用某额定载重量为5t的装载机,对碎石物料进行铲装试验,分析装载机铲装过程并对铲装阻力进行研究。将装载机加装位移传感器,测试装载机动臂、转斗油缸位移数据,导入Ncode软件,根据位移的变化,把装载机铲装过程分为铲斗放平、空载前进、插入、转斗、举升五个阶段;将装载机加装销轴传感器,测试销轴两向载荷数据,导入Ncode软件,根据载荷的变化,分析铲装过程中载荷变化,即铲装阻力的变化。与传统根据经验公式计算得到的铲装阻力[1]相比,试验获得的铲装阻力具有真实性和有效性的特点。铲装阻力数字化后,能为铲斗设计提供重要的评价指标,为整机能耗和效率的提升提供了重要的数据支撑。

清扫臂是接触网绝缘子清扫装置的重要组成部分,清扫臂的性能是影响清扫装置整体性能的一个主要因素。清扫臂的主要失效形式是疲劳失效。针对清扫臂的疲劳寿命,首先对其进行静力学分析,然后采用S-N疲劳寿命分析理论,通过nCode疲劳分析软件对清扫臂进行疲劳可靠性分析,得出清扫臂的疲劳损伤云图和疲劳寿命云图,验证了清扫臂的可靠性,同时研究结果还表明清扫臂存在轻量化的空间,为清扫臂的设计和优化提供了理论依据。

针对某型径向柱塞马达液压缸工作过程中出现的裂纹现象,在Workbench和n Code Design-Life软件中对液压缸进行有限元分析和疲劳可靠性分析。得出该液压缸的疲劳寿命和疲劳损伤云图,确定液压缸的易破坏位置为轴根部,试验验证结果与软件分析相一致。

当前压裂泵车多配备大功率车载发动机,其振动容易引起支撑横梁的疲劳失效。以2500型压裂泵车连接发动机与变速箱的右侧支撑横梁为研究对象,通过相关参数确立边界条件;然后利用有限元软件对其进行静力分析,得出应力集中位置出现在近发动机端的圆孔处;继而将仿真结果导入nCode Design-Life,采用S-N静态疲劳设计方法对其进行疲劳可靠性分析,得出该支撑横梁容易产生疲劳失效的位置仍出现在发动机端的圆孔处,与现场出现裂纹位置相吻合,并提出相应的改进措施,为支撑横梁的结构优化提供了参考。

针对某型400 km高速动车组制动控制单元BCU吊架对随机振动疲劳耐久性能的要求,基于ANSYS APDL软件对焊接吊架做频率响应分析,获取吊架的应力频响函数(FRF);按IEC 61373标准对长寿命随机振动加速度功率谱密度的规定,利用BS 7608规定的不同焊缝接头等级的S-N曲线,在nCode中采用Miner线性累积损伤理论和Dirlik疲劳寿命计算方法,对制动单元吊架进行随机振动疲劳寿命分析。