【正文】 9） 線性 疲勞判斷 準(zhǔn)則： ⑴ 損壞百分比，即結(jié)構(gòu)消耗生命的比例；損壞百分比必須小于 100%，否則疲勞失效； ⑵ 。 圖（除 Gerber)也從實(shí)驗(yàn)上證明了：當(dāng)平均應(yīng)力 S mean 為壓力時(shí)，材料的疲勞強(qiáng)大也隨之增長。 如圖 顯示了 3 種標(biāo)準(zhǔn)的影響 。 ⑵ Goodman推薦用于脆性材料。 8） 平均應(yīng)力糾正 對(duì)每種材料類型的各種應(yīng)力比率來說，平均應(yīng)力的影響最好通過輸入各自的Salt 來實(shí)現(xiàn)。通常，只有對(duì)稱循環(huán)（ R)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得到。材料每個(gè)點(diǎn)都會(huì)承受不同的平均應(yīng)力大小。 QT40018 和 HT300 都屬于脆性材料，所以本次設(shè)計(jì)分析采用最大主應(yīng)力 P1進(jìn)行交替應(yīng)力計(jì)算。 ⑵ von Miss 應(yīng)力 。然而這并不所需要的，它的應(yīng)力分量才適用于計(jì)算。當(dāng)定義一條 SN 曲線時(shí)，如果有大量數(shù)據(jù)點(diǎn)存在，且在任一方向分散性不大時(shí)，采用這一選項(xiàng)。當(dāng)定義一條SN 曲線時(shí)，如果兩個(gè)軸上只有較少數(shù)的數(shù)據(jù)點(diǎn)且分散性較大時(shí)（循環(huán)數(shù)和交替應(yīng)力），也采用這個(gè)選項(xiàng)。當(dāng)定義一條SN 曲線時(shí)，如果兩個(gè)軸上只有較小數(shù)點(diǎn)且分散性大時(shí)（循環(huán)數(shù)和交替應(yīng)力），采用這個(gè)選項(xiàng)。如果存在不同平均應(yīng)力比率的曲線，則推薦使用平均應(yīng)力糾正算法來處理他們。因此這在大多數(shù)情況下是不可行的，所以必須使用在、各種出版發(fā)行的手冊(cè)提供的 SN 曲線。 4） SN 數(shù)據(jù)曲線的可靠性 因?yàn)槠谟?jì)算的結(jié)果與 SN 曲線直接相關(guān)，因此 SN 曲線數(shù)據(jù)的重要性不言而喻。 注意 SN 曲線的數(shù)據(jù)都是分散的，特別在高周期的情況下。承受極限也稱為疲勞極限。換而言之，如果交替應(yīng)力等于或小于承受極限，導(dǎo)致失效的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)就會(huì)變得非常大（可以認(rèn)為是無窮大）。 3）承受極限 :當(dāng)交替應(yīng)力變得更小時(shí)，材料能夠在由于疲勞而失效之前承受更多的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。 2 疲勞術(shù)語 1） SN 曲線：高周期疲勞對(duì)應(yīng)的材料屬性由交替應(yīng)力 （ Salt)和失效的周期數(shù)（ N)的相互關(guān)系構(gòu)成。 變幅載荷：變幅疲勞事件是一個(gè)載荷歷史記錄，定義了載荷的歷史波動(dòng)。 應(yīng)力比率 R=S min/S max,如下圖 所示，左圖為 R 基于零的情況，右圖為對(duì)稱循環(huán)的情況。 33 S mean 為平均應(yīng)力， S mean=（ S min +S max） /2。如下圖 所示： 圖 等幅載荷 S min 和 S max 分別代表一個(gè)應(yīng)力周期中的最小及最大的應(yīng)力值。通常載荷可以分為兩類：等幅載荷和變幅載荷。經(jīng)歷的載荷類型也可能非常簡單（最大 /最小載荷的定義已經(jīng)完全明確），也可能是隨機(jī)的（描述起來相對(duì)復(fù)雜）。 關(guān)于 Solid Works Simulation 疲勞分析參數(shù)闡述 1 基于應(yīng)力 壽命（ SN）的疲勞 疲勞計(jì)算要考慮的因素很多，因?yàn)樵陬A(yù)測其疲勞壽命時(shí)它是計(jì)算某個(gè)部件的消耗是如何形成的，它是一個(gè)慢慢積累的過程。通過軟件疲勞解算后，計(jì)算出損壞百分比、生命和載荷因子等結(jié)果參數(shù)，通過云圖，判斷其疲勞特性。 疲勞計(jì)算是基于結(jié)構(gòu)裂紋損傷累積的原理，根據(jù)應(yīng)力 壽命（ SN）曲線圖或者應(yīng)變 壽命（ EN）曲線圖來估計(jì)該零件的疲勞壽命，計(jì)算過程中將輸入數(shù)據(jù)處理成峰頂或者峰谷，對(duì)循環(huán)周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而計(jì)算出結(jié)構(gòu)的疲勞壽命。材料在不同的循環(huán)特性下疲勞極限是不一樣的，極限應(yīng)力圖可以反映這種線性關(guān)系。在一給定任一循環(huán)特性 r 的條件下，應(yīng)力經(jīng)過 N 次循環(huán)而材料不發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力就是疲勞極限。因此加固表面以及提高表面質(zhì)量，可以提高模型的疲勞壽命。 階段 3：設(shè)計(jì)的產(chǎn)品的 抵抗能力會(huì)不斷惡化，最終發(fā)生破壞。裂紋的出現(xiàn)由很多因素引起，比如材料的精微結(jié)構(gòu)不完美，物體表面因?yàn)楣ぞ呋蛟谛遁d時(shí)被刮擦。疲勞所導(dǎo)致的破壞分為三個(gè)階段： 階段 1:材料中出現(xiàn)一處或多處裂紋。曳引機(jī)機(jī)座和端蓋作為支撐部件，在轉(zhuǎn)子的高循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)下將受到連續(xù)的轉(zhuǎn)矩和壓力載荷作用，有可能發(fā)生疲勞破壞。在循環(huán)一定數(shù)量的周期之后，物體會(huì)變得越來越“衰弱”，以致最終破壞，疲勞是許多物體破壞的主要原因，尤其是金屬物體。根據(jù)應(yīng)力幅和預(yù)期導(dǎo)致破壞所需的循壞次數(shù)，可以將疲勞分為高周疲勞和低周疲勞。 31 第四章 結(jié)構(gòu)疲勞分析 疲勞分析基礎(chǔ)知識(shí) 疲勞分析知識(shí)概述 強(qiáng)度、剛度和疲勞壽命是對(duì)工程結(jié)構(gòu)和機(jī)械使用的三個(gè)基本要求。本文采用 QT400 和 HT300 兩種材料的對(duì)比，具體情況見表 ： 表 機(jī)座和端蓋最 Von Mises 和最大位移比較圖 材料選配方案 零件 材料 強(qiáng)度極限 aMp Von Mises/ aMp 最大位移變量 mm 平穩(wěn)運(yùn)行 加速運(yùn)行 平穩(wěn)運(yùn)行 加速運(yùn)行 方案一 機(jī)座 QT400 400 端蓋 QT400 400 方案二 機(jī)座 HT300 300 端蓋 HT300 300 比較機(jī)座和端蓋兩部件在平穩(wěn)和加速運(yùn)行 2 工況下的最大主應(yīng)力和最大位移知，機(jī)座和端蓋的應(yīng)力分布狀況均差不多，應(yīng)力大小有明顯差異。 另外比較該型曳引機(jī)在平穩(wěn)運(yùn)行和加速運(yùn)行兩工況下的 Von Mises 應(yīng)力 ，并且分別對(duì)端蓋計(jì)算得，兩工況下應(yīng)力和位移的差距均在 3%以內(nèi)，而對(duì)于機(jī)座則相差比較大。由下圖可知，最大值發(fā)生在端蓋與軸承裝配處，其余應(yīng)力水平較高區(qū)域如圖所示： 圖 端蓋應(yīng)力分布云圖（曳引機(jī) 125%額定載荷平穩(wěn)和加速運(yùn)行，材料 HT300） 結(jié)構(gòu)靜力學(xué)結(jié)果分析 機(jī)座及端蓋的強(qiáng)度、剛度分析以及不同工況對(duì)比 根據(jù)上述對(duì)機(jī)座和端蓋的應(yīng)力、應(yīng)變分析結(jié)果，可知兩部件在相應(yīng)的工況下均呈現(xiàn)了較 低的應(yīng)力、應(yīng)變水平。在相同工況下，QT400 的最大位移值分別為 和 ，兩者均相差 65%。 圖 機(jī)座及端蓋 von Mises 應(yīng)力分布云圖（曳引機(jī) 125%額定載荷加速運(yùn)行，材料 HT300） 曳引機(jī)端蓋在 125%額定載荷下平穩(wěn)和加速運(yùn)行時(shí)的位移云圖如下 圖 ，最大位移分別為 和 。其余應(yīng)力水平較高區(qū)域如圖所示，主要分布在機(jī)座機(jī)座軸承裝配處前端，大小約 4 aMP 。 26 圖 機(jī)座及端蓋位移量分布云圖（曳引機(jī) 125%載荷平穩(wěn)運(yùn)行，材料 HT300） 圖 機(jī)座及端蓋位移量分布云圖（曳引機(jī) 125%額定載荷加速運(yùn)行，材料 HT300） 27 2） 應(yīng)力分析 曳引機(jī)受 125%額定載荷加速運(yùn)行中機(jī)座和端蓋的 von Mises 應(yīng)力分布狀況如下圖 ，其中最大值為 aMP 。 圖 為曳引機(jī)受 125%額定載荷加速運(yùn)行中機(jī)座和端蓋裝配模型的位移分布云圖。 圖 為曳引機(jī)受 125%額定載荷平穩(wěn)運(yùn)行中機(jī)座和端蓋裝配模型的位移分布云圖。 考慮裝配模型中的兩部件均為最 可能發(fā)生脆性斷裂的鑄鐵材料，本次安全系數(shù)分析從應(yīng)力計(jì)算結(jié)果中提取最大剪應(yīng)力進(jìn)行分析，從而評(píng)估其安全性能。 3 安全性能分析 圖 機(jī)座及端蓋安全系數(shù)分布云圖（曳引機(jī) 125%額定載荷平穩(wěn)、加速運(yùn)行，材料 QT400） 25 圖 端蓋安全系數(shù)分布云圖（曳引機(jī) 125%額定載荷平穩(wěn)、加速運(yùn)行，材料 QT400） 由圖 和 可知，端蓋和機(jī)座的安全系數(shù)分布部位和其應(yīng)變、應(yīng)力的分布部位相符合。其余應(yīng)力水平較高區(qū)域如圖所示，發(fā)生在加強(qiáng)筋與軸承配合的連接面處。 3）應(yīng)力分析 24 圖 端蓋應(yīng)力分布云圖（曳引機(jī) 125%額定載荷平穩(wěn)、加速運(yùn)行，材料 QT400） 圖 為曳引機(jī)受 125%額定載荷平穩(wěn)和加速運(yùn)行中端蓋的 von Mises 應(yīng)力分布狀況，其中最大值分別為 aMP 和 aMP 。 2 端蓋分析 1）位移分析 23 圖 端蓋位移分布云圖（曳引機(jī) 125%額定 載荷平穩(wěn)、加速運(yùn)行，材料 QT400） 由圖 可知，端蓋在平穩(wěn)運(yùn)行工況下，最小位移發(fā)生在端蓋與軸承裝配處；在加速運(yùn)行工況下，最小位移發(fā)生在端蓋邊緣，其最大位移值分別為 和 ,兩者相差 %。 21 圖 機(jī)座及端蓋 von Mises 應(yīng)力分布云圖（曳引機(jī) 125%額定載荷平穩(wěn)運(yùn)行，材料 QT400） 22 圖 機(jī)座及端蓋 von Mises 應(yīng)力分布云圖（曳引 機(jī) 125%額定載荷加速運(yùn)行，材料 QT400） 曳引機(jī)受 125%額定載荷以 m/s2 運(yùn)行中機(jī)座和端蓋的 von Mises 應(yīng)力分 布狀況，其中最大值為 aMP 。由圖可知，最大值發(fā)生在機(jī)座后地腳螺栓連接處。由圖 可知，最大值發(fā)生在機(jī)座頂前端 。由圖中 可知，位移最大的位置在機(jī)座頂前端，其值為 ，與平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)的 mm，相差%。 2）平穩(wěn)工況下的應(yīng)變分析 由圖 可知其受力后的變形狀況， 應(yīng)變 最大處在機(jī)座后地腳螺栓連接處。 1 機(jī)座及端蓋裝配體分析 1）平穩(wěn)工況下的位移分析 以下為曳引機(jī)受 125%額定載荷平穩(wěn)運(yùn)行中機(jī)座和端蓋裝配模型的位移分布云圖。 有限元模型的加載和約束情況如圖 所示 : 17 圖 有 限元模型的約束和加載 應(yīng)力應(yīng)變及安全性能分析 機(jī)座及端蓋采用 QT400 材料 對(duì)裝配的支撐部件的有限元模型，按相應(yīng)的材料常數(shù)及曳引機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行和加 速運(yùn)行兩種工況下的加載狀況，進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析，得到其受力后的應(yīng)力、應(yīng)變、位移和安全系數(shù)狀況。 （ 2）端蓋軸承裝配處相應(yīng)部位的軸承載荷分布力，對(duì)于電梯平穩(wěn)運(yùn)行和加速 運(yùn)行，均值分別為 aMP 和 aMP 。 有限元模型的加載和約束 根據(jù)上述受力狀況，對(duì)于裝配后的曳引機(jī)支承部件（機(jī)座和端蓋）有限元模 型，在機(jī)座底腳螺栓孔處施加固定約束，在機(jī)座和端蓋連接處施加面面粘合或面面接觸約束。其有限網(wǎng)格模型及相關(guān)信息分別如圖 和 所示： 13 圖 機(jī)座及端蓋的有限元網(wǎng)格模型圖 圖 機(jī)座的有限元網(wǎng)格控制加密模型圖 為模擬機(jī)座和端蓋之間實(shí)際的裝配和相互約束關(guān)系，對(duì)于曳引機(jī)機(jī)座和端蓋兩部件的有限元模型，為了簡化模型，在裝配接觸 面上設(shè)定“結(jié)合”連接，裝配后的有限元模型如圖 所示： 14 圖 機(jī)座和端蓋的裝配模型 載荷及邊界條件 整體受力 根據(jù)曳引輪受力狀況及曳引機(jī)整體結(jié)構(gòu)，推出在曳引機(jī)正常運(yùn)行中（此時(shí)忽略制動(dòng)器對(duì)結(jié)構(gòu)的約束作用）整機(jī)受力狀況，按理想約束與加載，確立了簡化的力學(xué)模型，如圖 和 所示： 圖 曳引輪受力示意圖 15 圖 曳引機(jī)整機(jī)受力簡化模型 其中 ? ?? ? ? ?? ? 2212222x s i nc o s ???? ??????? TTTpPP y )c o s ( )s in (a r c t a na r c t a n 2 21 ?? ??? ? ???? T TTpP XY 2)( 121 DTTMe ?? Pl llRF 2 21 ??, PllRC 21? 根據(jù)實(shí)際載荷（轎廂按 125%額定載荷加載）及曳引機(jī)結(jié)構(gòu)知：當(dāng)轎廂平穩(wěn) 運(yùn)行時(shí)， kgfT 13001 ? , kgfT 9002 ? , mmD 4041 ? , ??150? , mml 271 ? , mml 1402 ? 從而有： kNP ? , ??24? , mkNMe ?? , kNRF ? , kNRC ? 當(dāng)電梯啟動(dòng)和停車過程中，轎廂有向下的加速度 2/ sma ? ，考慮其產(chǎn)生的附加慣性力，則： kNT ? , kNT ? . 從而有 : , KNP? ?? ? , mkNMe ?? , kNRF ? , kNRC ? 其余參數(shù)同上。簡化的原則是以不影響或少影響構(gòu)件受力狀況為前提 ,略去小的溝槽、倒角、圓角和小孔等細(xì)微結(jié)構(gòu) ,得到與實(shí)際受力基本相符的簡化的幾何模型，如圖 所示： 模擬材料類型 質(zhì)量密度 kg/mm^3 彈性常數(shù) E/N/m^2 泊松比 μ 強(qiáng)度極限σ/ aMp 屈服極限σ/ aMp QT40018 +011 400 250 HT300 +011 300 220 12 圖 機(jī)座和端蓋簡化模型 網(wǎng)格劃分 網(wǎng)格劃分是 CAE 軟件進(jìn)行模擬計(jì)算的關(guān)鍵步驟之一，網(wǎng)格劃分過程即離散化過程，網(wǎng)格劃分的質(zhì)量精度高低直接關(guān)系到分析結(jié)果的優(yōu)劣，而網(wǎng)格自動(dòng)劃分的關(guān)鍵是合理給出自動(dòng)劃分信息，可以根據(jù)要求選用不同的網(wǎng)格劃分方法，也可以根據(jù)要求靈活地控制生產(chǎn)的單元數(shù)量以 及網(wǎng)格的密度，從而提高求解精度。 本次設(shè)計(jì)結(jié)合拉伸和旋轉(zhuǎn)的方法 ,應(yīng)用布爾運(yùn)算 ,采用實(shí)體建模 .曳引機(jī)的主要部件均有復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu) ,如不進(jìn)行簡化處理 ,分析過程中不僅工作量大 ,占用較多計(jì)算資源 ,重要的是在劃分單元過程中一些細(xì)微的結(jié)構(gòu)極易產(chǎn)生較多奇異單元 ,即畸形單元網(wǎng)格，使計(jì)算不能繼續(xù)。 建立 3D 模型 開始靜力學(xué)分析 賦予材料屬性 添加約束關(guān)系 施加外界