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车辆阀座螺栓孔的强度分析与试验

发布于:2016-02-11 21:14
强度分析

      螺栓结构作为一种可靠的、实用的连接方式,广泛运用于各种机械产品中。随着对连接结构的要求不断提高,螺栓连接的承载情况变得更加复杂。以轨道车辆为例,由于高速、重载、轻量化的不断发展,其结构在疲劳强度分析方面面临着前所未有的挑战,由于疲劳等原因造成失效和破坏的情况也时有发生,给安全生产和运营带来很大风险。
      螺栓结构出现破坏的形式很多,其中螺栓孔孔边出现疲劳裂纹的情况是较为常见的一种。然而,螺栓孔孔边的受力的测量受到螺栓头、螺帽等零件的诸多限制,难以直接得到螺栓结构的应力分布情况。研究针对某轨道车辆螺栓结构的螺栓孔孔边应力情况进行分析,提出了一种评估螺栓孔孔边应力的方法。同时,通过有限元分析计算与实际线路试验的结果进行对比分析,并对结构的改善提出了建议。
      以某轨道车辆阀座螺栓结构为例,图中所示的螺栓孔孔边区域多次出现裂纹。现有的测量方法主要是利用应变片测量孔边的应力情况,包括动应力、加速度和测点频谱。通过上述数据得到应力谱和等效应力,并对螺栓孔孔边区域进行安全可靠性评估。这种方法是进行疲劳强度测试的通用方法,易于操作,方便对结构做出评价。但是,由于螺栓孔边区域被螺母或螺栓孔覆盖,难以得到孔边的应力情况。
      为了探索螺栓孔孔边应力的基本情况,建立了有限元模型并进行计算。在此基础上寻找螺栓孔孔边位置应力分布与便于测量位置的应力情况的关系,并通过实验验证该关系的正确性。有限元模型的建立根据该阀座螺栓结构的设计文件建立了有限元模型,使用Hypermesh完成了网格划分以及相互关系队载荷和边界条件的施加,通过ANSYS完成了有限元计算高度阀螺栓结构的网格划分结果如图所示。
      为了对螺栓以及孔周边区域进行详细的分析,将网格的划分形式调整为以螺栓孔为几何中心的多层放射形状的、具有中间节点的六面体单元。同理,对螺栓本身,即螺杆、螺栓头和螺母部分,进行了相同形式的划分,并且在位于接触面的节点的处理上与螺栓孔孔边单元的节点完全重合,为之后创建接触对,为进行预紧力分析提供较好的基础。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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