基于ANSYS软件的三通管疲劳寿命分析_翁剑成

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1、第48卷第3期化工设备与管道Vol.48No.32011年6月PROCESSEQUIPMENT＆PIPINGJun.2011基于ANSYS软件的三通管疲劳寿命分析翁剑成(福建龙岩学院物理与机电工程学院，福建龙岩364000)摘要:基于局部应力应变法理论建立了管道材料的S-N曲线，借助ANSYS软件中FatigueTool计算三通管的疲劳寿命，为现代工业产品优化设计提供了高效的计算模式。关键词:S-N曲线;疲劳寿命分析;有限元分析中图分类号:TQ050．2;TH122文献标识码:A文章编号:1009-3281(2011)03-0046-04FatigueLifeAnaly

2、sisforTJointbyUsingANASYSWENGJian-cheng(SchoolofPhysicsandMechanical＆ElectricalEngineering，LongyanUniversity，Longyan364000，China)Abstract:Basedonlocalstress－straintheory，theS-Ncurveofpipingmaterialwasestablished．Then，byusingFatigueToolinANSYS，thefatiguelifeofTjointwascalculated．Keywords:

3、S－Ncurve;analysisoffatiguelife;finiteelementanalysis斜率法，把在工作温度300℃，管道材料弹性模量E1低周疲劳设计曲线=187GPa代入，求得材料特征参数如下:在图1的双对数坐标图上，直线1为塑性应变-寿命曲线，直线2为弹性应变-寿命曲线，曲线3为总性应变-寿命曲线，其中总应变-寿命曲线的数学［1］表达式为:σ'fbcεa=εe+εp=(2N)+ε'f(2N)(1)E或写为:Δεσ'fbc=εe+εp=(2N)+ε'f(2N)(2)2E式中σ'f———疲劳强度系数;图1应变-寿命曲线(双对数坐标系)0．823σ'f/E

4、———循环数N=1/2处直线2的纵坐标=E×0．623σbσ'f(E)截距;0．823E———材料的弹性模量;=1．87×105×0．623×(401)1．87×105b———疲劳强度指数，直线2的斜率;=741．30(3)ε'f———疲劳塑性系数，N=1/2处直线1纵坐b=－0．09(4)标的截距;c———疲劳塑性指数，直线1的斜率;收稿日期:2010-10-11;修回日期:2010-11-17N———疲劳裂纹扩展的循环次数。作者简介:翁剑成(1978—)，男，福建龙岩人，龙岩学院机电系助教，根据Park和Song［2］做实验提出的修正的通用硕士。研究方向为有限元分析

5、、计算力学。2011年6月翁剑成.基于ANSYS软件的三通管疲劳寿命分析·47·－0．530．155σbE———弹性模量;ε'f=0．0196εf(E)1－0．532εa———应变幅，εa为总应变幅，则εa=εe0．155401=0．0196×0．6931(1．87×105)+εp，其中εe为弹性应变部分，εp=0．4808(5)为塑性应变部分。c=－0．56(6)从上式中可以看出，只有在没有塑性应变εp其中，σb为材料的抗拉强度极限，εf为单调拉时，Sa才代表真实的应力幅，而在有塑性应变时，由伸时的真实应变，通过对管道材料式样(21Cr－于应力-应变已不按虎克定律呈线

6、性关系，故Sa并4不是真实的应力幅，但就是有了这一虚拟的计算数1Mo)进行单调拉伸，得其断面收缩率ψ近似为50，值，才给我们度量低周疲劳破坏带来了很大方便。另外试样单调拉伸时的真实应变εf可以用试样截当考虑到存在平均应力σm的影响，Sa值经修［2］面收缩率ψ计算:正变为S'a值，有关系式:100100εf=ln()=ln()=ln2=0．6931(7)σb－σs100－ψ50S'a=Sa(－S)(9)σba低周疲劳需采用应变幅作为控制变量，但为了式(9)对Sa的修正仅对Sa＜σs的曲线段修正。研究上的方便，故在形式上采用传统的S-N曲线，横根据式(8)和式(9)的疲劳曲

7、线方程，把E=坐标仍为寿命N，纵坐标以应力幅表示，此时的应力51．87×10MPa，RA=100ψ=50，σb=401MPa，σs=幅应是虚拟应力幅Sa，即:185MPa代入计算出Sa值(如表1)，表1中给出了11σ'fbEε'fcSa=εaE=(εe+εp)E=(2N)+(2N)对数插值公式，该公式采用JB4732—95《钢制压力2222容器—分析设计标准》的附录C给出的疲劳分析的5741．30－0．091．87×10×0．4808－0．56=2(2N)+2(2N)方法和对应的设计疲劳曲线下面的公式，根据表1=370．65(2N)－0．