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掌握機(jī)械結(jié)構(gòu)的破壞規(guī)律、估算其疲勞壽命，在工程領(lǐng)域內(nèi)有著十分重要的意義。但是對(duì)零部件的疲勞壽命預(yù)測(cè)多采用靜強(qiáng)度的方法，這種方法沒(méi)有依據(jù)零部件的真實(shí)受載狀況，因而致使預(yù)測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確，極大地浪費(fèi)財(cái)力和物力。針對(duì)此問(wèn)題，文中在對(duì)某振動(dòng)篩的篩體進(jìn)行應(yīng)力仿真和試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)振動(dòng)篩實(shí)際的動(dòng)應(yīng)力曲線進(jìn)行分析，找到適合振動(dòng)篩的壽命估算方法，并對(duì)該振動(dòng)篩壽命進(jìn)行計(jì)算。 所采用的技術(shù)路線是：先在有限元軟件ANSYS中進(jìn)行仿真分析，得到應(yīng)力最大點(diǎn)；選擇10個(gè)應(yīng)力較大點(diǎn)，通過(guò)貼應(yīng)變片測(cè)量應(yīng)力應(yīng)變，得到振動(dòng)篩的實(shí)際動(dòng)應(yīng)力曲線，并來(lái)驗(yàn)證仿真模型是否正確；由動(dòng)應(yīng)力曲線可得到振動(dòng)篩的載荷譜，再由修正的S-N曲線和修正Miner法則進(jìn)行壽命估算。
將振動(dòng)篩在Pro/E中進(jìn)行建模，建模完成存為IGS格式后導(dǎo)入ANSYS中進(jìn)行分析。先對(duì)振動(dòng)篩進(jìn)行靜力分析，振動(dòng)篩側(cè)板采用板殼SHELL63單元，中間橫梁采用梁?jiǎn)卧狟EAM44，板與梁的連接設(shè)為剛性連接。將激振力加入模型中，同時(shí)加入4組彈簧單元COMBIN40。模型如圖所示，ANSYS中網(wǎng)格的劃分及激振力的加載如圖所示。在ANSYS中設(shè)定，向?yàn)檠卣駝?dòng)篩長(zhǎng)度方向，Y向?yàn)樨Q直方向，X向?yàn)榇怪庇诤Y板方向(以下所有方向都按此設(shè)定)。ANSYS靜力仿真的總應(yīng)變趨勢(shì)分布圖如圖所示，振動(dòng)篩由圖所示，振動(dòng)篩在連接振動(dòng)梁的兩側(cè)板上受力集中，最大點(diǎn)為9.2 MPa，其他位置受力很均勻，沒(méi)有突然變形，符合實(shí)際中振動(dòng)篩的破壞位置。由圖可知振動(dòng)篩：方向上受力很小，大部分在1.9-1.2MPa之間，所以實(shí)際測(cè)量中只需測(cè)x，y兩方向上的力。
在振動(dòng)篩上粘貼應(yīng)變片通過(guò)應(yīng)變儀來(lái)測(cè)得其應(yīng)變值。由于應(yīng)變儀不便處理數(shù)據(jù)，在實(shí)際測(cè)量中將應(yīng)變儀與數(shù)據(jù)采集儀連接，這時(shí)的應(yīng)變儀起增強(qiáng)信號(hào)的作用。數(shù)據(jù)采集儀靈敏度不高，如果信號(hào)不進(jìn)行增強(qiáng)，數(shù)據(jù)采集儀將采集不到信號(hào)。整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)如圖所示。應(yīng)變片貼片位置如圖所示，應(yīng)變片采用雙臂電橋補(bǔ)償，在同一位置分別測(cè)量2個(gè)相互垂直的位置。試驗(yàn)振動(dòng)篩處在空載常溫狀態(tài)下，試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)如圖所示，應(yīng)力的仿真數(shù)據(jù)與測(cè)試數(shù)據(jù)的比較如表所示。貼片位置說(shuō)明：貼片1，2分別對(duì)稱布置在左右加強(qiáng)板上；3，4，5都在篩箱側(cè)板；6在進(jìn)料口處減振彈簧后側(cè)面板；7在出料口處減振彈簧左側(cè)面板；8在進(jìn)料，實(shí)際測(cè)量的應(yīng)力值比仿真值偏大，誤差基本在20%以內(nèi)，所以，ANSYS模型是基本符合實(shí)際情況的，可作為進(jìn)一步分析的依據(jù)。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，空載常溫工作時(shí)篩體最大應(yīng)力值為11.81 MPa。由儀器中測(cè)得的應(yīng)變片的應(yīng)變位移曲線如圖所示。載荷譜一般根據(jù)規(guī)范或?qū)崪y(cè)得到，然后依據(jù)統(tǒng)計(jì)的方法，將載荷譜轉(zhuǎn)化為應(yīng)力譜。一個(gè)零構(gòu)件或結(jié)構(gòu)疲勞壽命估算的準(zhǔn)確性在很大程度上取決于所確定的載荷譜的準(zhǔn)確性。
在受力物體形狀突然改變或材料不連續(xù)的地方會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力局部增大的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象叫做應(yīng)力集中。應(yīng)力集中的嚴(yán)重程度用理論應(yīng)力集中系數(shù)KT表示；名義應(yīng)力有兩種定義：一是凈面積應(yīng)力，為缺口處凈截面上的名義應(yīng)力，計(jì)算時(shí)選取不同的截面會(huì)對(duì)應(yīng)力集中系數(shù)產(chǎn)生一定的影響，一般是凈面積應(yīng)力計(jì)算的結(jié)果偏小；一是毛面積應(yīng)力，毛面積應(yīng)力計(jì)算的結(jié)果偏大。由于振動(dòng)篩處于非均勻應(yīng)力場(chǎng)，疲勞尺寸效應(yīng)主要由應(yīng)力梯度造成，而純粹意義上的尺寸系數(shù)在這種情況下幾乎不起作用，故忽略尺寸系數(shù)的影響，表面狀態(tài)主要包括表面加工粗糙度、表層組織結(jié)構(gòu)和表層應(yīng)力狀態(tài)。
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