学生作业 轴重摇枕的受力分析.doc

轴重摇枕的受力分析机制B095班 * *摘要：介绍了疲劳分析的理论基础和疲劳强度评定方法，利用ANYSYS9.0软件，建立了轴重摇枕的有限元模型，对其进行了受力评定。关键词：摇枕；疲劳强度1、概述随着货车车辆向高速、重载和轻量化方向的迅速发展，其疲劳强度及可靠性的要求也越来越高。摇枕作为铁路货车转向架主要承载部件之一，在使用过程中承受着巨大的拉、压、冲击、弯曲等交变载荷作用，工况十分恶劣。其主要失效形式是疲劳破坏，摇枕的疲劳裂纹失效问题已成为影响货车发展的重要因素。实践证明，目前采用传统强度设计方法的机车车辆结构，在使用中暴露出不少疲劳损伤方面的问题，虽然其成因较为复杂，但在设计阶段对关键结构部件的疲劳寿命预测研究不足却是重要的原因之一。本文旨在产品设计阶段就考虑零部件疲劳寿命问题，在满足产品各项性能要求的同时，又具有较合适的疲劳使用寿命，最终完成产品的设计。2、应力分析的理论基础目前广泛使用的分析方法有：名义应力法、局部应力应变法、断裂力学方法和概率断裂力学方法等。其中名义应力法作为一种常规有效的寿命估算方法，是目前工程中广为应用的一种高周疲劳寿命估算方法。2.1载荷类型疲劳载荷一般有稳定循环变应力和非稳定性循环变应力种。稳定循环分为对称循环、脉动循环和非对称循环；非稳定性循环分为规律性非稳定循环和随机性的非稳定循环。对于随机性的非稳定循环变应力，则运用雨流计数法获得应力时间历程的雨流循环，进而获得分析所需要的疲劳应力谱。疲劳载荷的类型见图。在疲劳载荷的描述中，经常使用应力幅和应力范围 的概念，并用最小应力与最大应力的比值来描述循环应力的不对称程度。定义如下： （1） （2） （3） （4）图1 疲劳载荷的类型循环应力中的静载分量通常称为平均应力，用表示。应力幅反映了交变应力在一个应力循环中变化大小的程度，它是使金属构件发生疲劳破坏的根本原因。平均应力对构件的疲劳强度有一定的影响。压缩平均应力往往可以提高构件的疲劳强度，而拉伸平均应力往往会降低构件的疲劳强度。2.2材料的曲线曲线就是材料所承受的应力幅水平与该应力幅下发生疲劳破坏时所经历的应力循环次数的关系曲线。如图所示，纵坐标表示试样承受的应力幅，横坐标表示应力循环次数，曲线中的水平直线部分对应的应力水平就是材料的疲劳极限。对钢铁材料，此“无限”的定义一般为次应力循环。疲劳极限是材料抗疲劳能力的重要性能指标，也是进行疲劳强度的无限寿命设计的主要依据。疲劳极限是长寿命机械和结构抗疲劳设计的基本数据但试验测定疲劳极限是十分耗资费力的。因此研究者试图通过材料的静力性能来估计疲劳极限。目前，已有一些建立在试验 数据基础上的经验关系式它们大多是在应力比时的疲劳极限的表达式。对于材料的抗拉强度钢，时，。3、摇枕的应力分析3.1 用Pro/E建立模型，然后导入ANSYS，所得结果如下图所示：3.2 对模型进行网格化，所得结果如下图所示：3.3有限元离散模型的建立取整个摇枕结构进行有限元建模分析，在摇枕两端侧支承处施加垂向约束，八字面上施加横向约束，以模拟其支承情况。模型统计数据列于表。表2单元类型Solid 45单元数个8230结点数个55643.4 将网格化的模型进行加载，可以得到如下所示的结果。3.5 最终的有限元应力分析结果如下：4.结束语以轴重摇枕为研究对象，采用软件仿真和理论计算相结合的手段，研究探索了摇枕的疲劳问题。主要研究了摇枕在典型载荷工况下的有限元应力计算结果，不仅实现了摇枕结构的合理设计，同时又对科学地制定管理方法，避免摇枕断