文档介绍：第5章结构静力学和疲劳分析实例精讲—叶轮叶片分析
本章内容简介
本实例首先利用UG NX高级仿真中的静力学【SOL 101 Linear Statics - Global Constraints】解算模块,以叶轮叶片为分析对象,依次创建有限元模型和仿真模型,计算出该模型的位移和应力值,以此作为疲劳分析的名义值,通过创建耐久性仿真方案,依次选取应力准则、应力类型和疲劳寿命准则,分别计算了两种工作转速下的结构疲劳寿命,通过查看结构的疲劳寿命、疲劳损伤程度、疲劳安全系数及强度安全系数等指标来评判该结构的疲劳性能。
本章节主要内容:
基础知识
问题描述
问题分析
操作步骤
本节小结
主要内容大致分为四个部分:
疲劳分析概述
疲劳分析主要参数
疲劳分析操作流程
操作流程
问题描述
如图为某大型离心压缩机叶轮叶片的实际模型,压缩机叶轮叶片的主要破坏形式是疲劳破坏,该叶轮叶片的特点是叶片是整体压铸或采用焊接的联结方式,首先计算该结构线性静力学中的Von-Mises应力和应变值,判断结构在此工况下是否处于弹变阶段,然后按照最大应力值的工况根据一般的疲劳寿命准则,计算以下条件的疲劳寿命:
叶轮叶片实际模型
工况条件
材料为AISI_STEEL_4340(屈服极限为1178MPa,抗拉极限为1240MPa),中间叶轮孔面安装在转轴上,分别考察工作转速为29384r/min,33800r/min工况下的径向与切向的位移以及应力强度情况;
(1)假设该模型受到1倍名义应力值载荷,作用周期为1000000次循环,计算结构的疲劳寿命,分别按照强度安全因子、疲劳安全因子和疲劳寿命等评价指标进行查看。
(2)在上述基础上,,作用周期为500000次循环,计算结构的疲劳寿命,和上述单疲劳载荷变量条件下的疲劳寿命进行比较。
问题分析
(1)疲劳计算必须有材料的疲劳属性参数(通过大量测试并统计得到数据,并经历了众多工程项目的应用和验证)作为基础,因此,在创建有限元模型的过程中,除赋予模型密度、杨氏模量、泊松比等线性静力学计算参数外,必须指定相应的疲劳属性参数。
(2)疲劳计算采用应力-寿命曲线和应变-寿命曲线,并且选取的疲劳寿命准则一般是基于应变响应值的,因此在解算结构的静力学时,需要激活其应变输出请求,这样计算出的应力和应变响应值一起作为后续疲劳计算的依据。
(3)在计算疲劳寿命之前,需要根据静力学计算结果,判断零件在工况下是处于弹变阶段还是接近于塑变阶段,这样可以合理选取相应的疲劳寿命准则。
(4)可以利用软件提供的【新建疲劳载荷变量】的功能,在一次疲劳解算方案中,允许增添多个疲劳载荷变量,为在复杂载荷工况条件下计算结构的疲劳寿命提供了条件。
操作步骤
结构静力学分析操作步骤
创建有限元模型
创建仿真模型
求解及其解算参数的设置
单个载荷变量疲劳分析的操作
创建工况1的疲劳分析解算方案
查看疲劳分析结果
创建工况2的疲劳分析解算方案并查看分析结果
查看工况2的疲劳分析结果
结构静力学分析操作步骤
打开随书光盘part源文件所在的文件夹:Book_CD\Part\Part_CAE_Unfinish\Ch05_Impeller,,调出叶轮主模型。本实例先通过静力学【SOL 101 Linear Statics - Global Constraints】解算模块计算出模型的位移、应力和应变响应值,再借助耐久性解算模块分析模型在工况下的疲劳性能。
(1)创建有限元模型
1)依次左键单击【开始】和【高级仿真】命令,在【仿真导航器】窗口的分级树中,单击【】节点,进行新建FEM相关操作;
弹出的【新建FEM】对话框,默认【求解器】和【分析类型】中的选项,单击【确定】按钮即可进入了创建有限元模型的环境,注意在【仿真导航器】窗口分级树上出现了相关的数据节点。
新建FEM 对话框
2)自定义材料
单击工具栏中的【材料属性】图标,弹出【指派材料】对话框;
单击该命令
单击确定
AISI_STEEL_4340材料信息