msc.fatigue在电机关键件疲劳寿命分析中的应用

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1、2003年MSC.Software中国用户论文集MSC.Fatigue在电机关键件疲劳寿命分析中的应用罗慧强中国北车集团永济电机厂技术开发部-1-2003年MSC.Software中国用户论文集MSC.Fatigue在电机关键件疲劳寿命分析中的应用ApplicationofMSC.Fatigueinfatiguelifeanalysisoftheelectricmachinerykeycomponents罗慧强(中国北车集团永济电机厂技术开发部)摘要:本文应用有限元疲劳分析软件MSC.Fatigue对ZD109B直流牵引

2、电机机座进行了疲劳寿命分析，得到机座的工作寿命，简要说明MSC.Fatigue软件在我厂电机关键件疲劳寿命分析中的应用情况。关键词:有限元静强度交变载荷疲劳寿命Abstract:ApplyingMSC.Fatigue，thepaperisanalyzedthefatiguelifeoftheelectricmachineryhousingZD109Bandgottheworkinglifeoftheelectricmachineryhousing.ThesituationoftheapplicationofMSC.Fat

3、igueinfatiguelifeanalysisoftheelectricmachinerykeycomponentsinourfactoryissimplystatedKeywords:finiteelement,staticstrength,alternatingload,fatiguelife1概述对于承受交变动载荷的机械结构，失效形式主要表现为疲劳破坏。据统计，因交变载荷引起的疲劳断裂事故占机械结构失效总数的95%。因此，从疲劳强度的角度研究结构的可靠性和寿命逐渐引起工程设计人员的重视。疲劳可靠性理论是建立在试

4、验基础上的一门学科，由于影响结构疲劳性能的参数比较多，各个参数离散性也比较大，因此很长时间以来难以应用于工程实践。但是近年来，随着疲劳理论的不断完善，加之计算机辅助设计技术的日臻成熟，出现了有限元结构疲劳强度研究的方法，并且在发达国家已经广泛地运用于工程实践。疲劳寿命分析在我厂电机转轴、机座、端盖等关键件上得到了初步应用。下面以ZD109B直流牵引电机机座为研究对象，利用美国MSC.Software公司开发的MSC.Fatigue软件，讨论有限元法疲劳寿命分析在工程实践中的运用。本论文对ZD109B直流牵引电机机座进行疲

5、劳寿命分析时，为保证分析精度，利用美国PTC公司开发的ProE软件、美国MSC.Software公司研发的MSC.Patran和MSC.Nastran软件，建立机座有限元模型，采用试验得到的与该机座材料和焊接工艺相同的结构可靠性疲劳寿命曲线P-S-N曲线，利用古德曼法则把试验应力比下的P-S-N曲线转化为有限元分析应-2-2003年MSC.Software中国用户论文集力比下的P-S-N曲线，再利用Miner法则进行疲劳累计损伤计算，借助于MSC.Software公司的MSC.Fatigue软件，分析得到该机座的疲劳寿命

6、。2理论分析疲劳寿命分析主要包括三个基本的寿命－预测方法：名义应力－寿命，局部应力和缺陷误差。本文采用名义应力－寿命的分析方法。该分析方法一般假设构件无缺陷。在无缺陷零件中，裂纹通常从自由表面开始，特别是从角和边等应力集中处。在一个固体模型零件中，自由节点处的应力和应变是最重要的。分析的理论基础是Miner线性疲劳累积损伤理论：构件在应力水平Si作用下，经受ni次循环的损伤为Di＝ni/Ni。若在k个应力水平Si作用下，各经受ni次循环，则可定义其总损伤为kD=∑Di=∑ni/Ni(i=1,2,...,k)i破坏准则为D

7、=∑ni/Ni=1其中，ni是在Si作用下的循环次数，由载荷谱给出；Ni是在Si作用下循环到破坏的寿命，由S-N曲线确定。任何零件的疲劳寿命评估都包括三个步骤：定义材料疲劳特性曲线、定义疲劳载荷谱、分析求解后处理。最重要和最困难的是定义零件的载荷环境，其次，是建立载荷－应变曲线和建立应力－寿命关系曲线。恒幅载荷作用下的疲劳寿命估算，可直接利用S-N曲线。变幅载荷谱下的寿命预测，借助于Miner理论可以解决。随机载荷谱则需要等效转换为变幅或恒幅载荷谱。对有限元模型上的一组载荷和约束的仿真将会估计出零件的服务环境。通过雨流计

8、数法对典型载荷谱段进行统计分析，编制相应的变幅载荷块谱。MSC.Fatigue提供一种方便的时间－历程数据处理方式，很容易定义出需要的载荷时间历程,然后使用外部资源综合处理或获取，例如数据获取仪器。结构静力分析是疲劳寿命分析的基础，疲劳寿命分析可以认为是对结构静力分析的后处理，本文首先利用有限元分析软件MSC.Pat