基于ANSYS的高速冲床连杆疲劳可靠性分析.pdf

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1、2012年7月机床与液压Ju1．2012第40卷第13期MACHINETOOL&HYDRAULICSVo1．40No．13DOI：lO．3969／j．issn．1001—3881．2012．13．055基于ANSYS的高速冲床连杆疲劳可靠性分析李太福，王栓虎，秦为前，解德乾，孙宇(南京X-Y--大学机械工程学院，江苏南京210094)摘要：根据疲劳失效准则建立了高速冲床连杆疲劳可靠性分析的极限状态函数；考虑连杆的材料强度、疲劳系数及载荷等参数的随机性，利用ANSYS的概率设计功能，采用蒙特卡洛法对其进行疲劳可靠度计算、灵敏度求解，验证了连杆的疲劳可靠性，得出了影响连杆疲劳

2、可靠性的主要因素，并据此对现有设计提出了改进建议。结果表明：采用ANSYS的概率设计功能对高速冲床连杆进行疲劳可靠性分析是可行的，为连杆的结构可靠性设计提供了新思路。关键词：连杆；疲劳可靠性；随机性；蒙特卡洛法中图分类号：TH133．5文献标识码：A文章编号：1001—3881(2012)13—189—4FatigueReliabilityAnalysisoftheConnectingRodofHigh．speedPunchBasedonANSYSLITaifu，WANGShuanhu，QINWeiqian，XIEDeqian，SUNYu(SchoolofMechanic

3、alEngineering，NanjingUniversityofScienceandTechnology，NanjingJiangsu210094，China)Abstract：Thelimitstateequationforfatiguereliabilityanalysisoftheconnectingrodofhi曲-speedpunchwassetupaccordingtothefatiguefailurecriterion．ThefatiguereliabilityandthesensitivitywerecalculatedbyMonteCarlometho

4、dbasedonANSYSprob-abilisticdesignmodule，consideringtherandomnessoftheparameterssuchasmaterialsstrength，fatiguequotientandload．Thefa—tiguereliabilityoftheconnectingrodwasprovedandthemaininfluencefactorsweregotten．Improvementmeasuresweregivenaccord—ingtothese．Theresultsshowthemethodisfeasib

5、leanditprovidesanewmethodforthestructurereliabilitydesignofconnectingrod．Keywords：Connectingrod；Fatiguereliability；Randomness；MonteCarlomethod连杆是高速冲床中传递动力的重要零件，其工作参数作为随机变量。结构的极限状态通过结构的功能性能直接关系到整机是否能正常工作，连杆的失效将函数(或极限状态函数)来定义，设置(i=1，⋯，n)导致整机组停机。连杆在工作中承受着循环变化的为结构的n个随机变量，则结构的功能函数如式应力，其主要失效形式为

6、疲劳破坏。而在常规的疲劳(1)所示。当Z>0时，结构可靠；当Z<0时，结设计中，由于材料的性能参数有离散性存在而引入了构失效；当Z=0时，结构处于临界状态。安全系数，并根据已知的零部件破坏经验，建议许用Z=g(X，X2，⋯，X)(1)安全系数数值，以保证零部件在工作中安全运行。对于承载工作载荷的连杆而言，针对连杆疲劳失采用安全系数时，往往为了保险而导致过分保守的设效这一故障模式，根据疲劳失效准则可得到如式计，造成生产成本过高。针对上述问题，根据零件材(2)一(4)所示的功能函数：料的强度和载荷的概率统计规律，可以用可靠性设计g(x)=R—S(2)——方法进行疲劳设计。为此

7、，文中以ANSYS软件的概R=Tcb一·，、／一一。(3)率设计模块作为软件平台，将连杆的材料强度、疲劳系数及载荷等视为随机变量，采用蒙特卡洛法计算连S=~／+S：(4)杆的疲劳可靠度及各随机变量的灵敏度。式中：R为连杆的疲劳极限，5为连杆的等效疲劳应1结构可靠性设计理论在连杆疲劳可靠性分析中力；C为尺寸系数，b为表面加工系数，k为应力集中的应用系数，r为连杆工作时应力循环比，s一为应力比r=在机械结构可靠性设计中，考虑零部件的结构一1时连杆材料的疲劳极限；S为连杆工作中产生的尺寸、载荷、强度和应力等因素的不确定性，将这些应力