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基于NX8.5的4340号钢构件应力分析及寿命计算教程

作者:曾彪   发布时间:2019-06-13 浏览:198 所需积分: 30(沐风币)

曾彪

概述:

4340号钢构件的应力分析及寿命计算

1.几何模型

 

1 结构模型图如下

利用Siemens公司的NX 8.5作为模型的分析软件,采用四节点的四面体单元对结构,进行划分网格操作,网格参数如下

                             1 网格参数表

网格信息

参数

网格类型

3D

网格中的单元数

33236

网格中的节点数

10376

单元大小

20 mm

单元体积增长速率

50

小特征公差(单元大小的百分比)

10。3

 

有限元模型如下图

 

2 构建的单元网格划分

2.材料参数

结构采用材料为4340号钢,屈服强度117MPa、热轧硬度229HBS、退火硬度197HBS 因含硫、磷等有害杂质较少,因而质量较高,其强度、塑性、韧性均比碳素结构钢好,综合力学性能较好,适用于制造较重要的机械零件。主体参数如下表

                               2 材料参数表

材料属性

参数

材料牌号

45

标准号

GB699-88

质量密度

7890/m3

泊松比

0.269

杨式模量

209000GP

屈服强度

117 MPa

抗拉强度

600 MPa

3.载荷及约束

 

3 构件在机构整体中的相对位置

根据该构件在工作过程中所受的载荷作用及其他零件对其产生的约束效果,对该构件施加如下图分布的约束及载荷

 

4 载荷及约束分布情况

 

 

4中的载荷对应的具体数值如下表所示

                             3 施加载荷数值表

材料属性

表征颜色

参数

均布载荷1

红色

8575N

均布载荷2

黄色

8575N

重力

黑色

9810 mm/sec^2

固定约束

绿色


 

4.有限元分析结果

1)构件的长度方向型心位移图

 

5 位移节点曲线

2)构件路径点最大应力图               

                                    

6 应力节点图

 

根据有限元分析得到零件个单元节点的应力图,建立如图7所示的单元节点路径,获得该路径上个点的应力曲线

                                           

7 单元节点路径

 

                                                   

8 应力路径曲线

 

结论:分析图6、图8中的结果发现单元节点所受的最大应力为47.26MPa,根据表二中列出的4340号钢的参数可知,该材料的屈服强度为117MPa。在材料的强度极限范围之内。分析图5可知,零件在承受上述载荷、约束的情况下产生的最大形变为1.005*10-4mm

 

 

 

 

寿命校核

1.疲劳计算条件

该零件的工况使用条件为两班制,每班为8小时制,加载频率为30分钟一次,设计寿命为20年,按每年工作300天计算。

 

      

 

4 工况参数表

设计寿命

20

操作次数

9600/

总循环次数

192000

根据零件在工作中的受力情况,认为该零件在一个周期内为冲击事件。

2.材料的耐久性参数

5 材料参数表

材料属性

参数

疲劳强度系数

440 MPa

疲劳强度指数

-0.088

疲劳韧性系数

0。311

疲劳韧性指数

-0.538

3.耐久性事件参数

6 耐久性事件参数

材料属性

参数

应力准则

屈服应力

疲劳寿命准则

应力寿命(SN

材料温度

20

加载次数

100000

强度安全系数

1

4.疲劳耐久评判依据

7耐久性评判依据

结果集

可靠值范围

强度安全系数

SSF>1。0

疲劳安全系数

FSF>1.0

5.分析结果评判

  

 

 

10 疲劳安全系数

 

11 强度安全系数

结论:根据图中结果,该构建在上述的边界条件下的最小强度安全系数为4.7,最小疲劳安全系数为5.13,与表7中的参数进行比较,均满足条件,因此该零件的使用寿命能达到20年。

操作源文件如下:

 

 

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