NX非线性疲劳分析实例.pdf

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1、扭簧疲劳分析问题描述θ线径：1.6mm中径：8.6mm材料：琴钢丝SWP-B转动角度θ：55°力臂L1：13.5mm力臂L2：16mm有效圈数：7.6圈转轴直径：6mm（拟定）我们运用NXCAE的非线性分析功能，完成了扭转过程的仿真。同时，通过查阅扭簧设计资料，根据经验公式计算了刚度和应力，与仿真结果进行对比。基于非线性分析的结果，运用DurabilitySolution进行疲劳分析。将最后一个载荷步（扭转55度）的结果，作为疲劳脉冲应力循环的峰值，进行疲劳分析，得到该产品的寿命及疲劳安全系数。网格模型对扭簧和转轴划分3D网格，针对扭簧模型的边线进行了缝合、拆分等网格类型全部采用CH

2、EXA(8)。处理。使螺旋线更加光顺，便于生成质量Totalnumberofnodesinthepart:79617较好的扫掠网格。NumberofHex8elements:70884处理前处理后材料扭簧采用琴钢丝SWP-B，转轴采用Steel。NX设置SWP-B材料的查阅相关资料，SWP-B的工程应力-应变如下：EngineeringStress-Strain如下：边界条件FixedRBE2RBE2FixedFixedCelas1（小刚度0.5N/mm，避免扭簧发生刚体位EnforcedDisplacement移导致接触不收敛）0~55s，绕轴线旋转55度仿真结果位移仿真结果Con

3、tactPressure扭簧与转轴的接触扭簧自身接触仿真结果应力弹簧内圈取一些点，应力均值为821MPa；弹簧外圈取一些点，应力均值为617MPa仿真结果扭矩随角度变化曲线：55deg对应的扭矩为：252.2N.mm刚度：K=252.2/55=4.6N.mm/deg仿真结果与理论计算对比根据扭簧设计手册计算相关参数，计算说明书详见附件。将仿真结果和理论计算进行对比，如下表。仿真结果理论计算差异扭转刚度N.mm/deg4.65.1-9.80%最大扭矩N.mm252.2280.9-10.22%内圈最大应力MPa8218180.37%外圈最大应力MPa6176160.16%疲劳问题探讨扭簧

4、设计手册中提到：对于未喷丸处理的ASTMA228材料，疲劳寿命为10万次时，最大工作应力需小于抗拉强度的53%。SWP-B线径1.6mm的材料抗拉强度为2200MPa。本例中弹簧的最大应力为831MPa，仅为抗拉强度的38%。S-N曲线疲劳曲线即S-N曲线，横坐标为循环次数，纵坐标可以是最大应力Smax或者应力幅值Sa。在NX中，材料的S-N曲线定义如下：S-N曲线NX对于应力循环波形的定义如下图：Cycle：循环周期=2×ReversalRange：应力范围Amplitude：应力幅值Mean：应力均值SWP-B的疲劳参数疲劳分析在NX中，对于非线性计算结果的疲劳分析，可以把某一个

5、载荷步的应力场作为应力循环的峰值。这里，我们选择最后一个载荷步，对扭转到最大工作角度（55度）的情况进行疲劳分析。应力循环模式选择脉冲循环。选择载荷步脉冲循环对称循环疲劳分析对疲劳分析的相关参数进行设置。S-N曲线非线性分析疲劳分析安全系数将10万次寿命对应的疲劳极限应力作为作为最大交变应力（疲劳安全因子的评价标准）使用非线性结果疲劳分析结果疲劳寿命：最小循环次数为544万次＞10万次，合格。疲劳分析结果疲劳安全因子：最小疲劳安全因子1.34＞1，合格。疲劳分析结果强度安全因子：最小强度安全因子2.61＞1，合格。相关附件扭簧设计计算：http://pan.baidu.com/s/1

6、o8QrfcQ扭簧设计规范：http://blog.sina.com.cn/s/blog_14f1ac7140102wdq7.htmlByTeelon欢迎加入机电工业技术交流群460297110