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基于有限元法的摇枕疲劳强度分析(2)
基于有限元法的摇枕疲劳强度分析(2) 2.4改进措施 摇枕疲劳最薄弱部位,在下表面的漏砂孔处,该部位损伤最严重应力较大,需要进行改进设计,以延长摇枕的运用寿命。通过以下方法,来改善下表面漏沙孔处的应力状态和疲劳强度: (1)增大下表面漏沙孔处内圆角的半径,从而减小应力集中系数,降低应力集中程度; (2)改善下表面漏沙孔处的表面粗糙度,以降低疲劳强度; (3)增大部件在下表面漏沙孔处的厚度,进而提高抗疲劳强度; (4)通过优化与其他构件的配合情况,来改变摇枕的边界条件和载荷状况; (5)通过加工硬化或热处理,使下表面漏沙孔处产生残余压应力,残余压应力的引入会提高抗疲劳强度。3 摇枕的寿命估算 表2列出了美国丸堰机务标准中90.7 t敞车重空车载荷谱的记录里程。依据美国丸堰货车疲劳设计标准中的载荷谱,以B+级铸钢在不同疲劳强度系数下的S.,v曲线作为基本S.,v曲线,结合有限元分析计算得到的摇枕疲劳薄弱部位,最后利用Miner线性累积损伤理论对摇枕的疲劳寿命进行估算。 由表l可知,摇枕疲劳最薄弱部位在下表面的漏砂孔处,该部位损伤最严重,只要该部位达到疲劳寿命要求,那么整个摇枕就满足寿命要求,因此,该部位的寿命就代表了整个摇枕的疲劳寿命。 表3和图5为摇枕在不同疲劳降低系数下的疲劳寿命。 注:疲劳降低系数Kf=1.5~2.0代表了铸造件的正常品质水平,该水平的铸造缺陷是最常见的缺陷形式。 由表3可以看出,疲劳降低系数为2.0时,得到摇枕的疲劳寿命为228万km,该疲劳降低系数代表了摇枕的正常品质水平,因此,我们摇枕的疲劳寿命即为228万km。当按照规范中规定的空车与重车的运行里程比O.95计算,得到重车情况下摇枕的寿命为1 5.2年。由图5看出,疲劳降低系数与寿命成反比关系,当疲劳降低系数较小的时候,摇枕的寿命较大。随着K,_的增大,摇枕疲劳寿命逐渐减小。在Kf=1.5~2.0区段时,随着K,的降低,摇枕的疲劳寿命急剧下降;在疲劳降低系数大于2.0时,随着K,的继续增大,摇枕的疲劳寿命变化逐渐变慢。4 结束语
对摇枕的疲劳强度评价结果显示,在正常铸造品质情况下,摇枕各部位的疲劳累积损伤均小于1,即摇枕的疲劳强度符合设计规范的要求。 依据丸堰标准中的载荷谱,在相应的疲劳降低系数下,运用Miner线性累积损伤法则对摇枕最疲劳薄弱部位(下表面漏砂孔处)进行了寿命评估,其寿命为76~228万km。如果按照重车每年运行15万km计算,则该处疲劳寿命为5.2~15.2年。 摇枕的疲劳寿命,随着疲劳降低系数的减小而逐渐降低。
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