基于ANSYS-FATIGUE的曲轴疲劳寿命计算.pdf

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1、FLUIDMACHINERYVo1．39，No．4，2011文章编号：1005—0329(2011)04一oo44—04基于ANSYS—FATIGUE的曲轴疲劳寿命计算叶晓琰。张军辉。蒋小平。丁亚娜(江苏大学，江苏镇江，212013)摘要：基于有限元通用软件ANSYS的疲劳寿命分析方法，运用ANSYS的FATIGUE模块，将有限元方法和疲劳寿命分析理论相结合，对往复泵曲轴进行三维参数化建模，并编制APDL命令流，建立疲劳分析文件对往复泵曲轴进行累积损伤系数计算，计算曲轴的疲劳寿命为26年．并对机组进行扩容10％、15％后，计算出曲轴的疲劳寿命分别为年l8年和14．7年

2、。关键词：曲轴；往复泵；疲劳寿命；累积损伤系数中图分类号iTH311文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1005—0329．2011．04．010CalculationofCrankshaftFatigueLifeBasedO11ANSYS—-FATIGUEYEXiao·yan，ZHANGJun-hui，JIANGXiao—ping，DINGYa—na(JiangsuUniversity，Zhenjiang212013，China)Abstract：AdoptingthefatiguelifeanalysismethodbasedonANSYS，whi

3、chcombinesthefiniteelementmethodwiththefatiguelifeaIlalyzingtheorybyusingFATIGUEmoduleofANSYS．Athreedimensionalparametermodelforcrank-shafthasbeenestab-lisbed．TheAPDLcommandstrealnbeingcompiled，andthedocumentsforfatiguelifeanalysisbeingbuilt，andthenthefatiguelifeofcrank—shafthasbeenanat

4、y~d．Resultsshowthatthefatiguelifeofcrank—shaftis26years．AftermachinesplungerforceW[I8expanded10％and15％，thefatiguelifeofthecrankshaftis18and14．7years．Keyword：crankshaft；reciprocatingpump；fatiguelife；accumulativefatigueusage1引言上的应力储存在ANSYS中，然后用ANSYS—FA-TIGUE计算出该节点的累积损伤系数。往复泵是一种高效节能的流体输送机械

5、，广泛应用于石油、化肥、食品、轻工等行业。曲轴是2基于ANSYS的疲劳分析法往复泵最关键的零件⋯，曲轴的可靠性严重影响着往复泵的整体寿命和可靠性。曲轴几何形状复ANSYS的FATIGUE模块是一种疲劳快速分杂，应力集中严重，影响因素众多L2】。传统的方析工具，它提供疲劳分析界面环境，只需在AN·法计算曲轴疲劳强度，公式繁多，计算耗时，而且SYS应力分析的基础上进行疲劳设计仿真即可进计算结果过于保守，造成整机过于庞大，生产成本行疲劳分析。FATIGUE模块采用广泛使用的应高等缺点J。随着往复泵朝大型化、高速、高压力一寿命方法，综合考虑平均应力、载荷条件与疲方向发展，要求

6、在曲轴设计时既要满足其可靠性劳强度系数等疲劳影响因素，并按线性累积损伤高又要尽可能的减小零件的尺寸。为此本文利用ANSYS软件，通过EXCEL计算出三拐曲轴各曲理论进行疲劳计算。ANSYS疲劳计算应用简化柄销上的力，加载后对曲轴进行瞬态动力学分析，的弹塑性假设和Miner累计疲劳求和法则，以找出曲轴中最危险截面，把危险截面对应的节点ASME锅炉与压力容器的计算为依据。采用FA-收稿日期：2010—09—09修稿日期：2010—10一o9基金项目：江苏省高技术研究项目(BC2006024)和江苏大学高级人才启动基金资助项目(06／DC,067)2011年第39卷第4期流

7、体机械45TIGUE模块进行的疲劳分析包含材料疲劳性能参数设定、疲劳分析、疲劳结果评估等步骤。ANSYS的FATIGUE模块具有如下疲劳计算能力：(1)用后处理所得到的应力结果确定体单元的累积损伤系数；(2)可以在一系列预先设定的位置确定一定数目事件及组成这些事件的载荷，然后保存这些位置上的应力；(3)可以在每个图2中心曲柄连杆机构结构作用力示意选定的位置上定义应力集中系数和每个应力循环柱塞力P经柱塞杆和十字头部件传递给十定义比例系数。字头销中心点C，故在运行过程中，十字头销中心完成瞬态动力学分析后，在通用后处理器同时作用着三个力(柱塞力、往复惯性力