起重机结构寿命的模拟估算
疲劳分析方法
疲劳寿命分析方法 摘要：本文简单介绍了在结构件疲劳寿命分析方法方面国内外的发展状况,重点讲解了结构件寿命疲劳分析方法中的名义应力法、局部应力应变法、应力应变场强度法四大方法的估算原理。 疲劳是一个既古老又年轻的研究分支，自Wohler将疲劳纳入科学研究的范畴至今，疲劳研究仍有方兴未艾之势，材料疲劳的真正机理与对其的科学描述尚未得到很好的解决。疲劳寿命分析方法是疲分研究的主要内容之一，从疲劳研究史可以看到疲劳寿命分析方法的研究伴随着整个历史。 金属疲劳的最初研究是一位德国矿业工程帅风W.A.J.A1bert在1829年前后完成的。他对用铁制作的矿山升降机链条进行了反复加载试验，以校验其可靠性。1843年，英国铁路工程师W.J.M.Rankine对疲劳断裂的不同特征有了认识，并注意到机器部件存在应力集中的危险性。1852年-1869年期间，Wohler对疲劳破坏进行了系统的研究。他发现由钢制作的车轴在循环载荷作用下，其强度人大低于它们的静载强度，提出利用S-N 曲线来描述疲劳行为的方法，并是提出了疲劳“耐久极限”这个概念。1874年，德国工程师H.Gerber开始研究疲劳设计方法，提出了考虑平均应力影响的疲劳寿命计算方法。Goodman讨论了类似的问题。1910年，O.H.Basquin提出了描述金属S-N曲线的经验规律，指出：应力对疲劳循环数的双对数图在很大的应力范围内表现为线性关系。Bairstow通过多级循环试验和测量滞后回线，给出了有关形变滞后的研究结果，并指出形变滞后与疲劳破坏的关系。1929年B.P.Haigh研究缺口敏感性。1937年H.Neuber指出缺口根部区域内的平均应力比峰值应力更能代表受载的严重程度。1945年M.A.Miner 在J.V.Palmgren工作的基础上提出疲劳线性累积损伤理论。L.F.Coffin和S.S.Manson各自独立提出了塑性应变幅和疲劳寿命之间的经验关系，即Coffin—Manson公式，随后形成了局部应力应变法。 中国在疲劳寿命的分析方面起步比较晚，但也取得了一些成果。浙江大学的彭禹，郝志勇针对运动机构部件多轴疲劳载荷历程提取以及在真实工作环境下的疲劳寿命等问题，以发动机曲轴部件为例，提出了一种以有限元方法，动力学仿真分析以及疲劳分
汽车起重机构造与原理
汽车起重机构造与原理 一、汽车起重机基本术语 1、汽车起重机 起重作业部分安装在专用或通用汽车底盘上的起重机。参见图一 2、整机。 具有齐全的上车、下车及附属装置的起重机。 3、上车(起重机部分) 包括回转支承及其以上的全部机构的总和。 4、下车(运载车部分) 回转支承以下部分，包括底架、底盘、支腿等各部件、机构和装置的统称。(包括支腿在内的装载上车而行走的运载车)。 5、起重性能参数（参见表一） 5.1起重量：起吊物体的质量。 5.2总起重量：起吊物体的质量与取物装置质量之和。 5.3额定总起重量 起重机在各种工况和规定的使用条件下所允许起吊的最大总起重量。(工况，指不同的臂长和仰角；规定的使用条件，如打支腿、地面的平整度、风力、设备状况等规定的使用条件) 5.4最大额定总起重量 起重机用基本臂处于最小额定幅度，用支腿进行作业所允许的额定总起重量，并以此作为起重机的名义起重量。 6、幅度（参见图二、图三） 6.1幅度：起重机空钩时，回转中心垂线与吊钩中心之间的水平距离。 6.2工作幅度：起重作业时，回转中心垂线与吊钩中心之间的水平距离。 6.3最小工作幅度：起重机处于最大仰角时的工作幅度。 6.4额定幅度：某一额定总起重量所允许的最大工作幅度。 6.5最小额定幅度：最大额定总起重量所允许的最大工作幅度。 7、起重力矩：总起重量与相应的工作幅度的乘积。 8、起升高度：起重机起升到最高位置时，起重钩钩口中心到支承地面的距离。 9、倍率：动滑轮组的承载钢丝绳数与引入卷筒的钢丝绳数之比。 10、起升速度：平稳运动时，起吊物体的垂直位移速度。 10.1单绳速度：动力装置在额定转速下，在卷筒计算直径处第n层的钢丝绳速度。 10.2起重钩的起升(下降)速度 钢丝绳单绳速度除以起升滑轮组倍率得到的值。 11、变幅时间(速度) 变幅作业时，幅度从最大(最小)变到最小(最大)所用的时间。 12、最大回转速度 空载状态下，基本臂在最大仰角时，所能达到的最快回转速度。 13、起重臂伸(缩)时间(速度) 空载状态下，起重臂处于最大仰角，使吊臂由全缩(伸)状态运动到全伸(缩)状态所用的时间。 14、支腿收放时间(速度) 支腿以全收(放)状态，运动到全放(收)状态所用的时间。 15、仰角：（参见图二、图三） 在起升平面内，起重臂纵向中心线与水平线的夹角。 16、副臂安装角：（参见图二、图三） 起重机主臂轴线与副臂轴线在起升平面内的夹角。 17、起重臂长： 沿起重臂轴线方向，其根部销轴中心到头部定滑轮组中心的轴线距离。 18、起重特性曲线： 表示起重机作业性能的曲线。 18.1起重量特性曲线（参见表一） 在以总起重量和工作幅度为坐标轴的直角坐标系中，以一定臂长在不同工作幅度时的额定起重量为坐标点编制的曲线。
疲劳分析流程 fatigue
摘要：疲劳破坏是结构的主要失效形式，疲劳失效研究在结构安全分析中扮演着举足轻重的角色。因此结构的疲劳强度和疲劳寿命是其强度和可靠性研究的主要内容之一。机车车辆结构的疲劳设计必须服从一定的疲劳机理,并在系统结构的可靠性安全设计中考虑复合的疲劳设计技术的应用。国内的机车车辆主要结构部件的疲劳寿命评估和分析采用复合的疲劳设计技术，国外从疲劳寿命的理论计算和疲劳试验两个方面在疲劳研究和应用领域有很多新发展的理论方法和技术手段。不论国内国外，一批人几十年如一日致力于疲劳的研究，对疲劳问题研究贡献颇多。 关键词：疲劳 UIC标准疲劳载荷 IIW标准 S-N曲线机车车辆 一、国内外轨道车辆的疲劳研究现状 6月30日15时，备受关注的京沪高铁正式开通运营。作为新中国成立以来一次建设里程最长、投资最大、标准最高的高速铁路，京沪高铁贯通“三市四省”，串起京沪“经济走廊”。京沪高铁的开通，不仅乘客可以享受到便捷与实惠，沿线城市也需面对高铁带来的机遇和挑战。在享受这些待遇的同时，专家指出，各省市要想从中分得一杯羹，配套设施建设以及机车车辆的安全性绝对不容忽略。根据机车车辆的现代设计方法，对结构在要求做到尽可能轻量化的同时，也要求具备高度可靠性和足够的安全性。这两者之间常常出现矛盾，因此，如何准确研究其关键结构部件在运行中的使用寿命以及如何进行结构的抗疲劳设计是结构强度寿命预测领域研究中的前沿课题。 在随机动载作用下的结构疲劳设计更是成为当前机车车辆结构疲劳设计的研究重点，而如何预测关键结构和部件的疲劳寿命又是未来机车车辆结构疲劳设计的重要发展方向之一。机车车辆承受的外部载荷大部分是随时间而变化的循环随机载荷。在这种随机动载荷的作用下，机车车辆的许多构件都产生动态应力，引起疲劳损伤，而损伤累积后的结构破坏的形式经常是疲劳裂纹的萌生和最终结构的断裂破坏。随着国内铁路运行速度的不断提高，一些关键结构部件，如转向架的构架、牵引拉杆等都出现了一些断裂事故。因此，机车车辆的结构疲劳设计已经逐渐成为机车车辆新产品开发前期的必要过程之一，而通过有效的计算方法预测结构的疲劳寿命是结构设计的重要目标。 1.1国外 早在十九世纪后期德国工程师Wohler系统论述了疲劳寿命和循环应力的关系并提出了S-N 曲线和疲劳极限的概念以来，国内外疲劳领域的研究已经产生了大量新的研究方法和研究成果。 结构疲劳设计中主要有两方面的问题：一是用一定材料制成的构件的疲劳寿命曲线；二是结构件的工作应力谱，也就是载荷谱。载荷谱包括外部的载荷及动态特性对结构的影响。根据疲劳寿命曲线和工作应力谱的关系，有3种设计概念：静态设计(仅考虑静强度)；工作应力须低于疲劳寿命曲线的疲劳耐久限设计；根据工作强度设计，即运用实际使用条件下的载荷谱。实际载荷因为受到车辆等诸多因素的影响而有相当大的离散性，它严重地影响了载荷谱的最大应力幅值、分布函数及全部循环数。为了对疲劳寿命进行准确的评价，必须知道设计谱的存在概率，并且考虑实际载荷离散性，才可以确定结构可靠的疲劳寿命。 20世纪60年代，世界上第一条高速铁路建成，自那时起，一些国外高速铁路发达国家已经深入研究机车车辆结构轻量化带来的关键结构部件的疲劳强度和疲劳寿命预测问题。其中，包括日本对车轴和焊接构架疲劳问题的研究；法国和德国采用试验台仿真和实际线路相结合的技术开发出试验用的机车车辆疲劳分析方法；英国和美国对转向架累计损伤疲劳方面的研究等等。在这些研究中提出了大量有效的疲劳寿命的预测研究方法。 1.2、国内 1.2.1国内疲劳研究现状与方法 国内铁路相关的科研院所对结构的疲劳寿命也展开了大量的研究和分析，并且得到了很多研
加速老化试验预测橡胶使用寿命(自己翻译过来的)
加速试验预测橡胶组件的使用寿命（翻译的） 摘要：橡胶材料的性能及橡胶组件使用寿命的预测、估算在橡胶组件的设计过程中有着重要的作用。我们通过加速老化试验和模拟相结合的办法，对橡胶材料在氧气环境中的寿命预测做了很多年的研究。这篇论文研究了热老化对橡胶性能的影响，同时也对冷冻机用三元乙丙橡胶（EPDM），丁腈橡胶（NBR）橡胶组件的使用寿命进行了预测。实验结果表明橡胶组分影响着橡胶的交联密度；老化时间及活化能可以很好的用以描述老化行为；通过单轴拉伸试验得到应力应变曲线。为了预测EPDM，NBR的使用寿命，对这两种橡胶做了50℃到100℃，1天到180天的加速老化试验，并测试了一系列的物理性能试验。通过阿伦尼乌斯方程进行了计算，并通过压缩永久变形试验，本文提出了一系列方程用以预测橡胶材料使用寿命。 关键词：加速试验，丁腈橡胶，活化能，交联，三元乙丙橡胶，热老化，寿命预测，橡胶材料。 符号缩写：C.S 压缩永久变形；d0 样品的厚度；d1压缩状态下样品厚度；d2 卸载后厚度k 交联密度变化程度；（K）T 反应速率；A，B 常数；E 反应活化能；R 气体常数；T 绝对温度 I 前言 橡胶是一种最为通用的材料，有着广泛的用途，甚至很难说清它到底有多少用途。从普通的家用，商用，汽车制造等到高尖端的航天航空工业都有橡胶的身影。许多橡胶组件在使用中需要承受一定的机械力作用，为了保证橡胶组件的安全性和可靠性，使用寿命的预测估算是一项关键技术。如何防止橡胶组件在使用过程中损坏是一个关键问题。橡胶组件在使用过程中承受着一定的载荷，还受到温度，辐射以及一些其它的有害物质的影响。所有的影响因素结合在一起，导致了橡胶物理及化学结构的改变，最终表现为橡胶机械性能的降低。橡胶在使用了一段时间后，开始老化，通常表现为挺性增加，阻尼性能下降。老化不光光影响了性能，同时也影响了组件的使用寿命。橡胶组件所处环境的不同，使得它们的降解方式也不一样。橡胶组件的逐步老化降解，不仅与外部因素有关，同时与橡胶基体本身以及橡胶里面的添加剂有关。广义上讲，橡胶的老化是这些因素的一个加和。这些因素具体起到了多大的作用，很难计算出来。它们的分类可以见表1。 表1 橡胶老化因素表 中，直到这些橡胶组件被替换下来之前，它们必须保持足够的物理机械性能，但是受到温度、湿度、紫外光、臭氧、化学物质、载荷的影响，它们的使用寿命又很难估算。所以找到橡胶的统一属性和它处于的环境影响，并预计它的寿命显得非常重要。通过对橡胶材料降解老化的研究，可以为提高使用寿命，增加可靠性提供必要的条件。 橡胶硫磺硫化体系形成的交联网络，随着热老化的不断进行而发生着改变。受到热老化后，高硫磺含量硫化体系形成的交联网络的变化要大于低硫磺含量硫化体系所形成的交联网络。 为了解决工程实践中的一些问题，橡胶材料物理性能受老化影响的程度，橡胶组件使用
柔性结构疲劳寿命的预测方法
文章编号:167325196(2008)0420170203 柔性结构疲劳寿命的预测方法 董黎生,程 迪 (郑州铁路职业技术学院机车车辆系,河南郑州 450052) 摘要:讨论柔性构架结构疲劳寿命的预测方法,建立刚柔耦合多体动力学模型,计算结构危险点的动载荷时间历程;利用有限元准静态分析法,获得应力影响因子;利用模态分析技术获得结构固有频率和模态振型,确定结构的危险点位置。基于危险应力分布的动载荷历程,结合材料特性曲线以及线性损伤理论,进行标准时域的柔性结构应力应变的循环计数,损伤预测和寿命估计.应用该方法对构架结构进行疲劳寿命预测,结果表明,该预测方法预测精度有效,可以有效提高结构耐久性设计质量. 关键词:多体系统;柔性结构;有限元;疲劳寿命预测 中图分类号:O346 文献标识码:A Prediction method of fatigue life of flexible structure DON G Li2sheng,C H EN G Di (Locomotive and Rolling Stock Depart ment,Zhengzhou Railway Vocational&Technical College,Zhengzhou 450052,China) Abstract:Prediction met hod of fatigue life of flexible f ramed st ruct ure was discussed,dynamic model of rigidity2flexibility co upled multi2body was established,and time history of dynamic load at t he critical point of t he st ruct ure was comp uted.Influential factors of st resses were obtained by using t he finite element analysis met hod for quasi2static conditions.The nat ural frequency and vibration modes of t he struct ure as well as t he location of it s critical point were determined by using t he model analysis technique.Based on t he dynamic load history of critical st ress distribution and employing t he material characteristic curves and it s linear damage t heory,t he cyclic counting of stresses and st rains,damage p rediction,and life estimation of t he flexible st ruct ure were performed in standard time domain.The fatigue life prediction of t he f ramed st ruct ure was conducted wit h t his met hod and it was shown by t he result t hat t he prediction accuracy was valid and t he design quality of struct ure durability would be effectively imp roved. K ey w ords:multi2body system;flexible st ruct ure;finite element;fatigue life prediction 预测结构寿命最有效方法是通过室内工作台或线路耐久性试验获得危险点的动应力历程数据.对一些复杂结构,要在室内进行耐久性试验几乎是不可能的.而在实际线路上进行耐久性试验,耐久性试验费用昂贵,试验周期也长,受到运行路线和时间等诸多条件限制,只能在有限的线路和时段内进行构架结构危险部位的动应力测试,进而通过应力应变数据的有效采集和雨流法统计处理,最后根据相关损伤累计理论进行结构寿命估计. 文献[1]中首次在国内外提出通过动力学仿真及有限元分析混合技术手段进行车体结构疲劳寿命 收稿日期:2008202229 作者简介:董黎生(19622),男,山西万荣人,副教授.的评估.就机车车辆而言,在运行过程中反复承受随机轨道不平顺传递的持续小幅振动载荷、过曲线、过道岔以及启动制动时的冲击等复合载荷的作用,导致结构关键部位,如关键位置处的焊接接头以及焊接区域局部应力集中发生,从而导致裂纹萌生和扩展等结构疲劳现象的发生.针对这些疲劳问题,现场一般采用设置局部加强筋、开设止裂板等措施来提高其局部静强度和分化应力集中导致的影响.但是这些措施并没有从整车系统动态特性的角度考虑问题,因此可能再次导致结构刚度的分布不均,从而使得结构其他部位再次出现新的疲劳问题.在文献[1～8]的基础上,本文提出一种柔性结构疲劳寿命的预测方法,对机车车体结构进行寿命预测. 第34卷第4期2008年8月 兰 州 理 工 大 学 学 报 Journal of Lanzhou University of Technology Vol.34No.4 Aug.2008
疲劳寿命预测方法
疲劳形成寿命预测方法 10船 王茹娇 080412010035 疲劳裂纹形成寿命的概念 发生疲劳破坏时的载荷循环次数，或从开始受载到发生断裂所经过的时间称 为该材料或构件的疲劳寿命。 疲劳寿命的种类很多。从疲劳损伤的发展看，疲劳寿命可分为裂纹形成和裂 纹扩展两个阶段：结构或材料从受载开始到裂纹达到某一给定的裂纹长度a0为 止的循环次数称为裂纹形成寿命。此后扩展到临界裂纹长度acr 为止的循环次数 称为裂纹扩展寿命，从疲劳寿命预测的角度看，这一给定的裂纹长度与预测所采 用的寿命性能曲线有关。此外还有三阶段和多阶段，疲劳寿命模型等。 疲劳损伤累积理论 疲劳破坏是一个累积损伤的过程。对于等幅交变应力，可用材料的S —N 曲 线来表示在不同应力水平下达到破坏所需要的循环次数。于是，对于给定的应力 水平σ，就可以利用材或零部件的S —N 曲线，确定该零件至破坏时的循环数N ， 亦即可以估算出零件的寿命，但是，在仅受一个应力循环加载的情况下，才可以 直接利用S —N 曲线估算零件的寿命。如果在多个不同应力水平下循环加载就不 能直接利用S —N 曲线来估计寿命了。对于实际零部件，所承受的是一系列循环 载荷，因此还必须借助疲劳累积损伤理论。 损伤的概念是，在疲劳载荷谱作用下材料的改变（包括疲劳裂纹大小的变化， 循环应变硬化或软化以及残余应力的变化等）或材料的损坏程度。疲劳累积损伤 理论的基本假设是：在任何循环应力幅下工作都将产生疲劳损伤，疲劳损伤的严 重程度和该应力幅下工作的循环数有关，与无循环损伤的试样在该应力幅下产生 失效的总循环数有关。而且每个应力幅下产生的损伤是永存的，并且在不同应力 幅下循环工作所产生的累积总损伤等于每一应力水平下损伤之和。当累积总损伤 达到临界值就会产生疲劳失效。目前提出多种疲劳累积损伤理论，应用比较广泛 的主要有以下3种:线性损伤累积理论，修正的线性损伤累积理论和经验损伤累 积理论。 线性损伤累积理论在循环载荷作用下，疲劳损伤是可以线性地累加的，各个 应力之间相互独立和互不相干，当累加的损伤达到某一数值时，试件或构件就发 生疲劳破坏，线性损伤累积理论中典型的是Miner 理论。 根据该理论，假设在应力i σ下材料达到破坏的循环次数为i N ，设D 为最终 断裂时的临界值。根据线性损伤理论，应力i σ每作用一次对材料的损伤为i N D /， 则经过i n 次后，对材料造成的总损伤为i i N D n /。
NBR加速老化试验预测橡胶使用寿命
加速老化预测NBR橡胶的使用寿命 摘要：橡胶材料的性能及橡胶组件使用寿命的预测、估算在橡胶组件的设计过程中有着重要的作用。我们通过加速老化试验和模拟相结合的办法，对橡胶材料在氧气环境中的寿命预测做了很多年的研究。这篇论文研究了热老化对橡胶性能的影响，同时也对冷冻机用，丁腈橡胶（NBR）橡胶组件的使用寿命进行了预测。实验结果表明橡胶组分影响着橡胶的交联密度；老化时间及活化能可以很好的用以描述老化行为；通过单轴拉伸试验得到应力应变曲线。为了预测NBR的使用寿命，对NBR橡胶做了50℃到100℃，1天到180天的加速老化试验，并测试了一系列的物理性能试验。通过阿伦尼乌斯方程进行了计算，并通过压缩永久变形试验，本文提出了一系列方程用以预测橡胶材料使用寿命。 关键词：加速试验，丁腈橡胶，活化能，交联，三元乙丙橡胶，热老化，寿命预测，橡胶材料。 符号缩写：C.S 压缩永久变形；d0 样品的厚度；d1压缩状态下样品厚度；d2 卸载后厚度 k 交联密度变化程度；（K）T 反应速率；A，B 常数；E 反应活化能；R 气体常数；T 绝对温度 I 前言 橡胶是一种最为通用的材料，有着广泛的用途，甚至很难说清它到底有多少用途。从普通的家用，商用，汽车制造等到高尖端的航天航空工业都有橡胶的身影。许多橡胶组件在使用中需要承受一定的机械力作用，为了保证橡胶组件的安全性和可靠性，使用寿命的预测估算是一项关键技术。如何防止橡胶组件在使用过程中损坏是一个关键问题。橡胶组件在使用过程中承受着一定的载荷，还受到温度，辐射以及一些其它的有害物质的影响。所有的影响因素结合在一起，导致了橡胶物理及化学结构的改变，最终表现为橡胶机械性能的降低。橡胶在使用了一段时间后，开始老化，通常表现为挺性增加，阻尼性能下降。老化不光光影响了性能，同时也影响了组件的使用寿命。橡胶组件所处环境的不同，使得它们的降解方式也不一样。橡胶组件的逐步老化降解，不仅与外部因素有关，同时与橡胶基体本身以及橡胶里面的添加剂有关。广义上讲，橡胶的老化是这些因素的一个加和。这些因素具体起到了多大的作用，很难计算出来。它们的分类可以见表1。 表1 橡胶老化因素表 冷冻机中空压机部分所使用的橡胶组件的使用寿命是它的一项关键指标。在使用过程中，直到这些橡胶组件被替换下来之前，它们必须保持足够的物理机械性能，但是受到温度、湿度、紫外光、臭氧、化学物质、载荷的影响，它们的使用寿命又很难估算。所以找到橡胶的统一属性和它处于的环境影响，并预计它的寿命显得非常重要。通过对橡胶材料降解老化的研究，可以为提高使用寿命，增加可靠性提供必要的条件。 橡胶硫磺硫化体系形成的交联网络，随着热老化的不断进行而发生着改变。受到热老化后，高硫磺含量硫化体系形成的交联网络的变化要大于低硫磺含量硫化体系所形成的交联网络。
产品使用寿命的预测因素及其使用寿命的规定
产品使用寿命的预测因素及其使用寿命的规定 1.裂解炉炉管 裂解炉炉管在材料设计上通常使用寿命为10万小时，但是，由于受到使用当中的工况情况，通常其使用寿命只能达到5~6年（约60000小时）。裂解炉管在使用时，炉内温度约1000~1100℃，炉管内部输送的材料（介质），管内压力小于1Mp。主要破坏因素是渗碳、物料的冲刷损伤及炉管的蠕变变形破坏。渗碳是由于炉管在高温状态及物料裂解反应产生渗碳，渗碳后的炉管，其塑性急剧下降、发生脆化，极易在外力的做用下产生脆断；物料的冲刷损伤减薄炉管的有效壁厚；蠕变变形会使炉管产生鼓胀、弯曲、伸长等状况，导致壁厚减薄、开裂等。其它如非正常加热升温、降温、超压等操作因素影响不作为正常使用寿命因素考虑。 2.转化炉炉管 转化炉炉管在材料设计上通常使用寿命为10万小时，通常其寿命可以达到10年甚至更长。转化炉炉管在使用中，炉内温度约950~1050℃，炉管内部输送物料（介质），管内正常压力约2.5Mp。主要破坏因素是物料的冲刷损伤、压力破坏及疲劳破坏。物料的冲刷损伤减薄炉管的有有效壁厚；压力破坏主要是受管内物料加压导致高温状态下炉管破损；炉管在长期高温下使用，可导致其产生疲劳，疲劳破坏后的炉管导致龟裂。同样，其它如非正常加热升温、降温、超压等操作因素影响不作为正常使用寿命因素考虑。 3.连退线、镀锌线、热处理线等炉辊、辐射管 3.1 炉内辊 炉内辊主要是在炉内传送钢板、钢卷，其破坏力主要是应力及表面磨损。在使用过程中，受到钢卷、钢板的拉力、重量压力，可以导致炉辊破断；炉辊表面受到钢卷钢带的摩擦，导致表面拉伤。通常每1~2年对炉辊表面进行一次
机械加工，消除表面的拉伤和损伤。每件炉辊进行一次机械加工将去除约3mm的金属，通常每件炉辊进行3~5次表面加工后，其有效壁厚已经不能满足强度要求，即行更换，寿命终止。如此计算每件炉辊的正常使用寿命在4~5，设计方通常设计在第4年开始陆续更换新辊。同样，其它非正常加热升温、降温、超压等操作因素影响不作为正常使用寿命因素考虑。 3.2辐射管 辐射管在上述生产线上使用时，利用内加热将热量辐射至钢卷钢带，对钢卷钢带进行加热。设计方对辐射管的设计使用寿命是三年，第三年开始至第四年陆续更换新的辐射管。辐射管的主要破坏形式是受热变形、泄漏烧损、疲劳损坏、应力破坏等。辐射管内部加热干烧，无介质冷却通常设备相对于石化炉管的停炉周期要短很多，每季度甚至每月都会停炉检修，其频繁升温、降温过程，加剧辐射管的变形、疲劳。另外，辐射管的内壁是铸态的，未进行内孔机械加工去除内表面的非致密金属，其相对强度不如石化的炉管。辐射管的安装也是一个很重要的环节，由于不断的升温降温，其热胀冷缩产生的应力很大，如果安装的伸缩余量预留不符合规范，将会导致应力破坏，此时，往往使用3~6个月后就会产生应力破坏，表现的方式是在应力集中的位臵发生断裂。同样，其它非正常加热升温、降温、烧嘴失控误操作等操作因素影响不作为正常影响寿命的考虑。 3.3 耐热垫块 耐热垫块用在步进梁式加热炉的水梁上，作为支撑大型钢坯、钢板与水梁之间的过渡材料工件，起到隔热、高温耐磨的作用。主要破坏形式是磨损。使用温度在600~1200℃不等，根据炉子不同温度段选择不同的材料，设臵不同的使用温度。步进梁式加热炉通常包括预热段、加热段、均热段，依次使用的耐热垫块材料分别为
曲轴轴系的结构强度分析与疲劳寿命估算_朱永梅
Journal o f Mechanical Strength 2010, 32( 6) : 1018- 1021 p 研究简报 p 曲轴轴系的结构强度分析与疲劳寿命估算 X ANALYSIS OF STRUCTURAL STRENGTH AND PRED ICTION OF FATIGUE LIFE FOR CRANKSHAFT AND LINK MEC HANISM 朱永梅X X 王明强 刘艳梨 ( 江苏科技大学 机械工程学院, 江苏 镇江 212003) ZHU YongMei WANG MingQiang LIU YanLi ( School o f Mechanical Enginee ring , Jiangsu Unive rsity o f Scie nce and Tec hnology , Zhenjiang Jiangsu 212003, China ) 摘要 将多柔体动力学方法引入到曲轴计算中, 建立发动机曲轴轴系的动力学仿真模型, 对曲轴轴 系进行刚柔耦 合 多体运动学和动力学仿真, 为下一步疲劳寿命计 算提供可靠的载荷条 件; 然 后, 从曲 轴所受的 载荷中找 出三个 载荷比 较 大的 时刻, 计算得到其相应时刻的应力和应变分布规律, 找出曲轴受力的危险部位, 为曲轴的动态强度分析提 供数据; 最 后, 结合 Ansys 有限元分析软件和柯顿- 多兰( Certon - Dolan) 理论, 估算 连杆疲 劳寿命, 同 时分析多 级载荷 加载次 序对疲 劳 寿命的影响, 为零部件的主动寿命设计提供参考 数据和理论判据。 关键词 强度 疲劳寿命 动力学 曲轴轴系 中图分类号 TH123. 3 Abstract Introducing mult-i flexib1e body dynamics to crankshaft computing, a dynamics simulation model of crank and link mechanism of an engine is built. Based on the rigid and flex coupled model, ADAMS( automatic dynamic analysis of mechanical sys - tems) is used to do a kinematics and dynamic simulation to get dynamic loads. It also provides a reliable characteristic for the body v-i bration noise of next step. Then the bigger loads of three moments are identified from all loads. The distribution law of the stress and strain of correspondi n g moment are achieved and its dangerous parts are found to offer date of dynamic strength analysis. At las t, com - bining the Ansys and the theory of Certon -Dolan, the fatigue life of the link is calculated and the affection of loading order of multilevel loads to fatigue life is analyzed in detail, which have provided the referenced data and the theory of criterion for reliability desi g n. Key words Strength; Fatigue life; Dynamics; Crankshaft and link mechanism Cor res pon ding autho r : Z H U Yong Mei , E -mail : zymtt @ 163. com , Tel : + 86- 511- 84401198, Fa x : + 86-511- 84402269 The project supported by the Shipbuilding Industry Defense Technology Pre - research Foundation of China ( No . 07J2. 3. 2) . Manuscript received 20090722, in revi s ed form 20090908. 引言 曲轴轴系是发动机的主要组件之一, 其动力学特 性对发动机的工作可靠性、振动、噪声等有较大影响。 其受周期性变化的气缸压力和惯性力的共同作用, 并 对外输出转矩, 工作负荷非常 大, 容易发 生断裂等破 坏, 因此有必要对曲轴进行强度、模态和疲劳寿命等校 核。 虽然目前很多疲劳可靠性估算模型己经很成熟, 并有效地应用于很多领域, 但对于柴油机关键零部件, 如曲轴、活塞、连杆以及活塞销等, 在随机疲劳行为模 型及可靠性估算模型的理论研究和应用方面还是有欠 缺的。例如文献[ 1] 在实测应力累积频数分布图时忽 略应力的先后次序对疲劳的影响。文献[ 2] 提出基于 联合仿真的疲劳寿命预测方法预测部件的疲劳寿命, 其研究对象为单缸, 而实际应用中多缸发动机较多, 实 际情况复杂, 这样确定危险工况存在一定的误差。文 献[ 3] 针对某单缸发动机曲轴断裂问题, 通过材料的改 变计算最大载荷工况下的变形和应力, 但是在进行强 度分析之前没有考虑动力学特性的影响。 本文以某台四冲 程 V 型八缸发动机曲轴轴系为 研究对象, 建立动力学仿真分析模型, 其中曲轴作为柔 性体处理, 应用有限元分析 软件 Ansys 对其进行模态 分析, 生成 M NF ( modal neutral file) , 利用 ADAMS( auto - matic dynamic analysis of mechanical systems )P Vie w 模块, 将柔性体模态变形融入到多体系统的动力学仿真中。 通过 Ansys 分析找出曲轴、连杆等工作时的危险部位, 将应力值取出分别用 Miner 方 法和 Certon -Dolan 方法 X 20090722 收到初稿, 20090908 收到修改稿。船舶工业国防科技预研基金( 07J2. 3. 2) 。 XX 朱永梅, 女, 1969 年 9 月生, 江苏镇江人, 汉族。江苏科技大学机械工程学院副教授, 硕士, 从事机械设 计理论、机械强度、可靠性等研 究。 发 表论文十余篇。
起重机的机械组成及工作原理
起重机的组成及工作原理 起重机由驱动装置、工作机构、取物装置、操纵控制系统和金属结构组成。通过对控制系统的操纵，驱动装置将动力的能量输入，转变为机械能，在传递给取物装置。取物装置将被搬运物体与起重机联系起来，通过工作机构单独或组合运动，完成物体搬运任务。可移动金属结构将各组成部分连接成一个整体，并承载起重机的自重和吊重。 起重机的组成及工作原理 图2-3起重机的工作原理 一、驱动装置 驱动装置是用来驱动工作机构的动力设备。常见的驱动设备有电力驱动、内燃机驱动和人力驱动等，电能是清洁、经济的能源，电力驱动是现代起重机的主要驱动方式。 二、工作机构 工作机构包括：起升机构、运行机构。 a)起升机构是用来实现物体的垂直升降的机构是任何起重机部可缺少的部分，因此它是起重机最主要、最基本的机构。 b)运行机构是通过起重机或起升小车来实现水平搬运物体的机构，可分为有轨运行和无轨运行。 三、取物装置 取物装置是通过吊钩将物体与起重机联系起来进行物体吊运的装置。根据被吊物体不同的种类、形态、体积大小，采用不同种类的取物装置。合适的取物装置可以减轻工作人员的劳动强度，大大提高工作效率。防止吊物坠落，保证工作人员的安全和吊物不受损伤时对取物装置安全的基本要求。 四、金属结构 金属结构是以金属材料轧制的型钢和钢板做为基本构件，通过焊接、铆接、螺栓连接等方法，按一定的组成规则连接，承受起重机的自重和载荷的钢结构。
金属结构的重量大约是整台起重机的40%-70%左右，重型起重机可达到90%；金属结构按照它的构造可分为实腹式和格构式两类，组成起重机的基本受力构件。起重机金属结构的工作特点有受力复杂、自重大、耗材多和整体可移动性。起重机的金属结构是起重机的重要组成部分，它是整台起重机的骨架，将起重机的机械和电气设备连接组合成一个有机的整体，承受和传递作用在起重机上的各种载荷并形成一定的作业空间，以便使起吊的重物搬运到指定的地点。 五、控制操纵系统 通过电气系统控制操纵起重机各机构及整机的运动，进行各种起重作业。 控制操纵系统包括各种操纵器、显示器及相关元件和线路，是人机对话的接口。该系统的状态直接影响到起重机的作业、效率和安全等。 起重机与一般的机器的显着区别是庞大、可移动的金属结构和多机构组合工作。间歇式的循环作业、起重载荷的不均匀性、各机构运动循环的不一定性、机构负载的不等时性、多人参与的配合作业的特点，又增加了起重机的复杂性、安全隐患多、危险范围大。 纽科伦（新乡）起重机有限公司
金属疲劳寿命预测
金属疲劳寿命的预测 摘要 当一个金属样品受到循环载荷时，大量的起始裂纹将在它的体内出现。样品形成了有初始裂纹的样本：样品越大，样本也越大。在作者先前的研究中表明，在极值统计的帮助下，通过估计最大预期裂纹深度能够预测疲劳极限。本来表明，在一个类似的方式下，疲劳极限以上的疲劳裂纹萌生时间是可以预测的。用最小的分布可得到最短预期初始时间的预测，代替了用最大分布估计最大裂纹尺寸，并以广泛的实验数据获得了好的赞同。 本文为构件的总的疲劳寿命估计提供了一种新的方法。当得知了预计的裂纹萌生寿命和临界裂纹尺寸时，稳定的裂纹扩展就能通过Paris law计算出来。总的疲劳寿命的估算值是裂纹萌生和裂纹扩展的总和。本文介绍的是：为发现任何一种材料裂纹萌生寿命而相应的构建设计曲线的方法。 1、介绍 估计金属构件疲劳寿命的最古老和最常用的方法是S-N曲线，尽管它的缺点众所周知。其中之一是，因观察试样缺口的光滑程度不同而使得疲劳寿命有很大的不同。有些手册尝试通过为不同的应力值浓度的因素单独设计曲线解决这个问题，如Buch。其被当时看作是避免这一问题的局部应变方法。在这种方法中，提出了无论试样的形状如何，相同的应变振幅总是相同的疲劳寿命。 一个构件的总疲劳寿命可以分为3个阶段：裂纹产生、裂纹稳定扩展和裂纹失稳生长。最后一个阶段很迅速，在估计总的疲劳寿命时可以在实际工作中忽略。利用LEFM可获得裂纹稳定生长的可靠样本。不同几何的应力强度因子和所收录例子的大量的公式都可在文献中找到，并且权函数的使用为扩展这种方法的使用提供了可能性。 用类似LEFM的方式对裂纹初始相位的建模，或裂纹的扩展做了很多的尝试，例如：Miller，Austen，Cameron and Smith。另一种方法是用局部应变方法仅对初始寿命进行估计，然后用LEFM和一个合适的计算机程序完成对总疲劳寿命的计算。 经Makkonen研究表明，统计方法能够用来预测金属构件的疲劳极限。当一个构件受到交变载荷时，大量的微裂纹将在它的内部产生，裂纹的数量取决于试样的大小。运用极值统计法来计算裂纹样品类型中的最大裂纹的估计值成为可
细解Ansys疲劳寿命分析
细解Ansys疲劳寿命分析 2013-08-29 17:16 by:有限元来源:广州有道有限元 ANSYS Workbench 疲劳分析 本章将介绍疲劳模块拓展功能的使用: –使用者要先学习第4章线性静态结构分析. ?在这部分中将包括以下内容: –疲劳概述 –恒定振幅下的通用疲劳程序，比例载荷情况 –变振幅下的疲劳程序,比例载荷情况 –恒定振幅下的疲劳程序，非比例载荷情况 ?上述功能适用于ANSYS DesignSpacelicenses和附带疲劳模块的更高级的licenses. A. 疲劳概述 ?结构失效的一个常见原因是疲劳,其造成破坏与重复加载有关 ?疲劳通常分为两类: –高周疲劳是当载荷的循环（重复）次数高(如1e4 -1e9)的情况下产生的. 因此，应力通常比材料的极限强度低. 应力疲劳（Stress-based）用于高周疲劳. –低周疲劳是在循环次数相对较低时发生的。塑性变形常常伴随低周疲劳，其阐明了短疲劳寿命。一般认为应变疲劳（strain-based）应该用于低周疲劳计算. ?在设计仿真中, 疲劳模块拓展程序（Fatigue Module add-on）采用的是基于应力疲劳（stress-based）理论，它适用于高周疲劳. 接下来，我们将对基于应力疲劳理论的处理方法进行讨论. …恒定振幅载荷 ?在前面曾提到, 疲劳是由于重复加载引起: –当最大和最小的应力水平恒定时, 称为恒定振幅载荷. 我们将针对这种最简单的形式，首先进行讨论. –否则，则称为变化振幅或非恒定振幅载荷
…成比例载荷 ?载荷可以是比例载荷, 也可以非比例载荷:–比例载荷, 是指主应力的比例是恒定的,并且主应力的削减不随时间变化. 这实质意味着由于载荷的增加或反作用的造成的响应很容易得到计算.–相反, 非比例载荷没有隐含各应力之间相互的关系,典型情况包括:?在两个不同载荷工况间的交替变化?交变载荷叠加在静载荷上?非线性边界条件
混凝土耐久性与寿命预测
土木工程材料结课论文题目：混凝土耐久性与寿命预测
摘要 摘要：实现混凝土工程的高耐久和长寿命是效益巨大的节能减排和可持续发展之举措, 混凝土的耐久性成为影响混凝土技术未来发展的关键技术已成为共识。混凝土结构的耐久性问题是一个十分复杂的工程问题，不仅影响到结构的使用寿命，更加影响到整个社会的经济效益。本文介绍了混凝土结构耐久性的研究现状，详细阐述了混凝土结构耐久性的影响因素、研究方法以及耐久寿命的定义，重点介绍了混凝土结构材料耐久寿命预测的研究方法，最后提出了混凝土结构耐久性需进一步研究的问题。 关键词：混凝土；耐久性；研究现状；寿命预测 水泥混凝土以其原材料易得、易浇注成型、适应性强、性价比高、综合能耗低等优点而成为当今世界上应用最广泛、用量最大的建筑材料。尽管现代材料科学发展日新月异, 但仍然没有科学家能预言可替代水泥混凝土的建筑材料新品种。从20 世纪30 —40 年代开始,西方国家出于战后重建、工业化、城市化以及能源开发的需要, 用混凝土修建了大量的基础设施, 混凝土用量持续增长。之后, 发展中国家经济的强劲增长进一步助推了混凝土用量的迅猛增长。1987 年, 美国国家材料顾问委员会提交的调查研究报告使混凝土结构的耐久性在美国
乃至世界范围内引起轰动。该报告指出, 大约25.3 万座混凝土桥梁的桥面板, 其中部分仅使用不到20 年就已经发生不同程度地损坏, 使用年限远低于40 ～50 年的设计寿命。大量混凝土结构过早出现严重劣化引起了世界范围内对混凝土耐久性的高度关注, 不仅是因为需要花费巨资修补加固甚至重建, 还在于当今世界人口膨胀、能源供应紧张、环境污染、温室效应导致的气候变暖和生态恶化对可持续发展的迫切需要。混凝土耐久性成为关注焦点促进了世界范围内混凝土理论和技术的快速发展和进步, “混凝土耐久性的整体论模型”、“混凝土结构的寿命预测”、“混凝土结构寿命周期评价(影响评价、成本分析)”等新认识、新方法的出现, 将会为克服混凝土结构在服役过程中的过早劣化问题、实现混凝土技术的可持续发展提供强有力支撑。 混凝土结构的耐久性是一个十分复杂的工程问题。目前的研究主要集中在混凝土腐蚀机理研究、在役结构的健康状况评价和剩余寿命预测、结构性能的防护措施研究等方面，对在役建筑物如何评估其耐久性和剩余使用寿命，也尚无统一方法。事实表明，混凝土结构耐久性的研究滞后于工程实践的需要，因此，积极开展混凝土结构耐久性研究对国民经济建设具有重要意义。本文介绍了工程混凝土结构耐久性的研究现状、影响因素和研究方法，并对混凝土结构材料的寿命预测方法进行了总结和详述。 1 混凝土结构耐久性研究现状 混凝土结构的耐久性，是指混凝土结构在自然环境、使用环境及材料内部因素的作用下，在设计要求的目标使用期内，不需要花费大量资金加固处理而保持其安全、使用功能和外观要求的能力。混凝土结构的耐久性研究应考虑环
第6章结构件及连接的疲劳强度计算原理分解
148 第6章 结构件及连接的疲劳强度 随着社会生产力的发展，起重机械的应用越来越频繁，对起重机械的工作级别要求越来越高。《起重机设计规范》GB/T 3811-2008规定，应计算构件及连接的抗疲劳强度。对于结构疲劳强度计算，常采用应力比法和应力幅法，本章仅介绍起重机械常用的应力比法。 6.1 循环作用的载荷和应力 起重机的作业是循环往复的，其钢结构或连接必然承受循环交变作用的载荷，在结构或连接中产生的应力是变幅循环应力，如图6-1所示。 起重机的一个工作循环中，结构或连接中某点的循环应力也是变幅循环应力。起重机工作过程中每个工作循环中应力的变化都是随机的，难以用实验的方法确定其构件或连接的抗疲劳强度。然而，其结构或连接在等应力比的变幅循环或等幅应力循环作用下的疲劳强度是可以用实验的方法确定的，对于起重机构件或连接的疲劳强度可以用循环记数法计算出整个 循环应力中的各应力循环参数，将其转化为等应力比的变幅循环应力或转化为等平均应力的等幅循环应力。最后，采用累积损伤理论来计算构件或连接的抗疲劳强度。 6.1.1 循环应力的特征参数 (1) 最大应力 一个循环中峰值和谷值两极值应力中绝对值最大的应力，用max σ表示。 (2) 最小应力 一个循环中峰值和谷值两极值应力中绝对值最小的应力，用min σ表示。 (3) 整个工作循环中最大应力值 构件或连接整个工作循环中最大应力的数值，用max ?σ 表示。 (4) 应力循环特性值 一个循环中最小应力与最大应力的比值，用min max r σσ=表示。 (5) 循环应力的应力幅 一个循环中最大的应力与最小的应力的差的绝对值，用σ?表示。