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基于柴油机机体的疲劳应力幅计算方法的研究

张晓艳

   铁路是国民经济的大动脉,随着经济的快速发展和人民生活水平的逐步提高,我国铁路的发展已经进入一个高速、重载的关键时期。 由于疲劳寿命分析方法在理论及方法上的不成熟,以及相关试验数据不完善等原因,虽然在机车车辆设计制造时进行了疲劳强度或疲劳寿命的评价和试验验证,但在实际运行中,疲劳断裂事故仍时有发生。因此,关于疲劳寿命评价方法的研究,对于我国机车车辆的研发设计来说,是一个重要课题。 目前使用仿真方法进行疲劳寿命评估中孤立的采用静力分析或动力分析方法,这可能导致疲劳危险点遗漏。同时,当前多轴疲劳寿命评估大多是通过主应力或Mises应力等效成单轴应力的。在疲劳应力幅的计算方法中,主应力法是两个相互垂直的矢量差来求疲劳应力幅,而Mises应力法是利用形状改变比能的差值来求应力幅,这些方法均与疲劳断裂的力学理论产生了一定的偏离。 本论文将以16V240ZJ柴油机机体为研究对象,应用有限元分析技术对其静力分析与动力分析。在整个研究过程中,首先在Pro/E中建立16V240ZJ柴油机机体的实体模型,然后将此实体模型导入HyperMesh中进行有限元网格的划分,最后将有限元模型导入ANSYS中,取十六个气缸爆发时刻作为计算工况,进行了静力分析;取载荷时间步为5°,进行瞬态动力分析。观察机体在静力分析和瞬态动力分析下的应力情况,对比机体在静力分析和瞬态动力分析下得到的疲劳危险点。本文还对主应力法、Mises应立法、当量应力法和正应力法等不同应力幅计算方法得到的危险点的位置进行比较,分析并讨论了以上四种应力幅计算方法的合理性。 计算结果表明,静力分析和动力分析得到的危险点不完全相同,应综合静力分析与动力分析的结果来考虑。同时,在疲劳寿命评价过程中,应力幅的计算方法不同,得到的危险点也不尽相同,主应力法偏于保守,Mises应力法偏于危险。本文的研究结果不仅为判断16V240ZJ柴油机机体的疲劳危险点提供了依据,对机车车辆的疲劳寿命评价方法的研究也具有重要的理论指导意义。……   
[关键词]:柴油机机体;疲劳;静力分析;动力分析;应力幅
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:大连交通大学2010年