本文關鍵詞：復雜載荷下彈性軸承有限元分析及壽命預報

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【摘要】：彈性軸承作為直升機連接轉軸與槳葉的重要部件,其疲勞破壞直接影響飛機安全。根據(jù)彈性軸承的工作條件及結構特點,其疲勞問題的本質為橡膠材料的多軸疲勞問題。鑒于橡膠材料的多軸疲勞問題的復雜性,目前還沒有令人滿意的預報模型。本文基于目前對橡膠的疲勞問題和金屬材料疲勞問題的研究,對彈性軸承在載荷譜作用下的疲勞壽命問題做了初步的研究,主要工作如下:本文介紹了橡膠疲勞等效參數(shù)法中的幾個常用等效力學參數(shù),這些等效參數(shù)法對單軸載荷情況下的疲勞壽命預報已經(jīng)取得較好效果,但對于多軸情況尚沒有一個力學參數(shù)取得很好效果。本文詳細介紹了Mars提出的開裂能參數(shù),并推導了三維情況下的開裂能計算解析式。本文對幾個常用的等效力學參數(shù),包括最大主伸長量、真實Von-Mises應變、應變能密度、開裂能密度,對橡膠材料的多軸疲勞預報效果進行了比較,發(fā)現(xiàn)真實Von-Mises應變是一個相對較好的等效力學參數(shù)。本文基于金屬疲勞分析的應力場強法,提出用于彈性軸承疲勞分析的應變場強法,并提出一個等效剪切應變疲勞參數(shù)。利用ANSYS的APDL參數(shù)語言,結合彈性軸承的幾何特征參數(shù),編寫了參數(shù)化程序快速建模。對彈性軸承進行了簡單受力分析(包括壓縮、彎曲和扭轉),其剛度-變形關系的計算結果較好。對彈性軸承所承受的疲勞載荷譜(31種復雜工況)進行了模擬分析。根據(jù)計算結果比較,發(fā)現(xiàn)提出的等效剪切應變峰值位置與彈性軸承真實破壞的區(qū)域一致,因此可以認為等效剪切應變是一個合理的疲勞分析參數(shù)。結合純扭轉載荷下的有限元計算結果,推導出等效剪切應變與實驗觀測的名義剪切應變的函數(shù)關系,并進而得到以真實Von-Mises應變?yōu)閰⒘康钠趬勖健Ｗ詈蟊疚幕贛iner線性模型提出了彈性軸承載荷譜下疲勞壽命預報模型,并結合橡膠材料??N曲線和彈性軸承復雜工況的模擬,對所分析的彈性軸承的疲勞壽命預報進行了預報,該預報結果是令人滿意的。
【關鍵詞】：彈性軸承 有限元 疲勞壽命
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V215
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-25
• 1.1 課題研究的背景和意義9-10
• 1.2 橡膠疲勞破壞過程及主要研究方法10-12
• 1.2.1 疲勞破壞過程10-11
• 1.2.2 橡膠疲勞的研究方法11-12
• 1.3 橡膠疲勞特性及主要影響因素12-14
• 1.3.1 Mullins效應12-13
• 1.3.2 應變結晶現(xiàn)象13-14
• 1.4 橡膠材料疲勞的影響因素14-21
• 1.4.1 外載荷因素14-16
• 1.4.2 加載順序16
• 1.4.3 加載頻率與生熱16-17
• 1.4.4 外部環(huán)境因素17-19
• 1.4.5 橡膠配方19-21
• 1.5 超彈性本構模型21-24
• 1.6 本章小結24-25
• 第2章 橡膠疲勞分析基本理論25-41
• 2.1 等效參數(shù)法25-27
• 2.1.1 疲勞預報模型25-26
• 2.1.2 大變形計算理論26-27
• 2.2 等效參數(shù)27-36
• 2.2.1 最大主應變27-28
• 2.2.2 八面體剪應變28-29
• 2.2.3 應變能密度（SED）29-30
• 2.2.4 開裂能密度（CED）30-36
• 2.3 疲勞累積模型36-37
• 2.4 連續(xù)介質損傷方法（CDM）37-40
• 2.5 本章小結40-41
• 第3章 有限元疲勞預報方案41-55
• 3.1 疲勞方案的選取41-45
• 3.1.1 試驗模型及加載形式41-42
• 3.1.2 有限元計算42
• 3.1.3 有限元計算結果42-45
• 3.2 彈性軸承疲勞壽命分析的有效剪切應變場強法45-54
• 3.2.1 應力場強法45-48
• 3.2.2 彈性軸承應變場強法48-54
• 3.3 本章小結54-55
• 第4章 彈性軸承有限元分析及疲勞壽命預報55-76
• 4.1 彈性軸承有限元模型55-58
• 4.1.1 彈性軸承有限元參數(shù)建模方案56-57
• 4.1.2 本構模型57-58
• 4.2 剛度計算58-62
• 4.2.1 單軸壓縮剛度58-59
• 4.2.2 扭轉剛度59-61
• 4.2.3 彎曲剛度61-62
• 4.3 復雜載荷下有限元分析62-75
• 4.3.1 復雜載荷下彈性軸承有限元模型62-63
• 4.3.2 推導復雜加載的幾何關系63-64
• 4.3.3 單一工況下有限元計算結果及危險點分析64-68
• 4.3.4 等效剪切應變與材料γ-N曲線結合應用68-71
• 4.3.5 單一工況下彈性軸承疲勞預報方法71-73
• 4.3.6 載荷譜壽命預報方法73-75
• 4.4 本章小結75-76
• 結論76-77
• 附錄77-79
• 參考文獻79-85
• 致謝85

【參考文獻】

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1 陳高升;張連鴻;栗付平;覃海鷹;李滿福;;球面層狀彈性軸承結構對其力學行為影響的有限元分析[J];材料工程;2009年10期

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本文編號：938287