基于有限元法的六面顶压机铰链梁疲劳寿命分析

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六面顶压机是我国生产超硬材料最主要的设备,铰链梁是其中的重要组成部分。工作状态下,在高压油推动顶锤挤压生产原料的过程中,铰链梁承受了大部分的载荷,它的寿命决定着整个六面顶压机的寿命。六面顶压机的安全运行是人造金刚石行业的最主要目标。由于铰链梁的主要破坏形式是疲劳损伤,通过实际试验来得出它的疲劳寿命,经济成本太高并且浪费时间。本文对铰链梁的疲劳特性进行了深入的研究,在总结国内研究成果的基础上,通过仿真的方法,对铰链梁进行疲劳寿命分析,为铰链梁疲劳寿命的研究做一个参考。论文所做的工作如下:  (1)以铰链梁为研究对象,根据铰链梁的设计尺寸,利用大型三维建模软件UG NX8.0建立了铰链梁的三维几何模型。为了减小误差,将几何模型导入专业前处理软件HyperMesh中划分网格,得到铰链梁的网格划分模型。  (2)将网格划分后的文件导入ANSYS,利用ANSYS软件对铰链梁模型在正常载荷和极限载荷下进行加载,分别得到了铰链梁在两种载荷下的等效应力、位移分析结果,确定了载荷下铰链梁结构中的薄弱位置。数据显示,两种载荷下的铰链梁模型等效应力最大的位置都在铰链梁的凸耳部分,证明了该处容易发生疲劳断裂。以上的分析结果,为后续的疲劳寿命分析奠定了基础。  (3)将有限元分析的结果以rst格式导入专业疲劳分析软件nCode中对铰链梁进行疲劳分析。选择 SN CAE Fatigue分析方法进行疲劳分析,建立分析的流程并设置相关的参数。运行后的结果显示:正常载荷下,铰链梁的疲劳寿命为95650,损伤值为1.045×10-6。极限载荷下,铰链梁的疲劳寿命为14040,损伤值为7.123×10-6进方案:一是在铰链梁的每个凸耳部分增加一个斜面,降低应力集中情况;二是适度减小铰链梁通孔的直径,把销轴作为消耗品。在同等条件下,对新模型进行有限元分析和疲劳分析。分析结果显示:正常载荷下,新模型的疲劳寿命为151100,损伤值为6.62×10-7。极限载荷下,新模型的疲劳寿命为18680,损伤值为5.353×10-6。通过数据的对比,新模型可以减小铰链梁应力集中状况,并延长铰链梁的寿命。
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