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1、基于ANSYS線槽隨機(jī)振動(dòng)疲勞分析1111張春玉,劉春艷,王科飛,張猛（1中國(guó)北車(chē)長(zhǎng)春軌道客車(chē)股份有限公司吉林長(zhǎng)春130062）摘要：本文執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)CEIIEC61373-2010對(duì)某型車(chē)車(chē)下線槽進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)頻率響應(yīng)分析。應(yīng)用Hypermesh軟件建立有限元模型，在ANSYS中按照功率譜密度將加速度激勵(lì)信號(hào)施加在激勵(lì)點(diǎn)，通過(guò)分析驗(yàn)證產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理性，縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本。關(guān)鍵詞：隨機(jī)振動(dòng)；線槽疲勞；ANSYS；Miner定律Analysisofshockandvibrationfatigueundertheequipmentofrailvehi
2、cle1111ZhangChunyu,LiuChunyan,WangKefei,LIZhangMeng(1.ChangchunRailwayVehiclesCO.,LTD.,Changchun,130062,China)Abstract:TheimplementationofthestandardCEIIEC61373-2010foracertaintypeofcarslotbyrandomvibrationfrequencyresponseanalysisinthispaper.applicationofHypermeshsoftwaretoesta
3、blishthefiniteelementmodel,intheANSYSaccordingtothepowerspectraldensityoftheaccelerationexcitationsignalappliedintheexcitationpoint,throughtheanalysisofrationalityverificationofproductstructure,shortentheproductdevelopmentcycle,reducethecostofdevelopment.Keywords:Randomvibration
4、;Slotfatigue;ANSYS;Minerrule客車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中，當(dāng)它們承受的應(yīng)力水平較高達(dá)到一定工作時(shí)間后，經(jīng)常會(huì)突然發(fā)生隨機(jī)疲勞破壞，往往造成災(zāi)難性的后果。因此，預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的隨機(jī)疲勞壽命非常有必要。由于車(chē)輛的真實(shí)行使工況千變?nèi)f化，實(shí)際工況的準(zhǔn)確確定幾乎是不可能的。目前只能根據(jù)統(tǒng)計(jì)典型工況來(lái)確定，隨機(jī)振動(dòng)分析是結(jié)構(gòu)對(duì)隨機(jī)動(dòng)力載荷響應(yīng)的概論統(tǒng)計(jì)。ANSYS有限元分析軟件是一個(gè)功能強(qiáng)大的分析軟件，能對(duì)復(fù)雜模型進(jìn)行各種力學(xué)分析，首先進(jìn)行模態(tài)分析，確定安裝架結(jié)構(gòu)的固有頻率，再在模態(tài)分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行隨機(jī)振動(dòng)分析，隨機(jī)振動(dòng)分析采用模態(tài)疊加法。1有限元模型線
5、槽結(jié)構(gòu)的模型，在做有限元分析時(shí)，為了減少分析的運(yùn)算量和分析的可行性，必須對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，如一些對(duì)分析結(jié)果影響很小的倒角、孔可以簡(jiǎn)化去掉。本部件有限元模型采用高精度的四邊形和少量的三角形單元進(jìn)行網(wǎng)格離散。19個(gè)梁?jiǎn)卧?，殼單元用Shell181單元，粱單元用beam188單元，有限元模型如圖1所示。圖1.1整體模型圖1.2局部模型圖1線槽有限元模型作者簡(jiǎn)介：張春玉，男，碩士研究生，工程師，主要從事仿真分析領(lǐng)域研究工作，電話：18946677801，E-mail:zhangchunyu.a@cccar.com.cn由于線槽和U型粱、線槽和底架橫梁緊
6、固連接，可以認(rèn)為連接面不發(fā)生相對(duì)滑移，所以為了簡(jiǎn)化分析把這些面粘接在一起，即線槽和U型粱用剛性單元連接，線槽和底架橫梁用粱單元連接。2工況計(jì)算63線槽材料為6063-T5，密度2.7×10Kg/m，彈性模量69GPa，泊松比0.33。執(zhí)行IEC61373-2010標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行仿真運(yùn)算，功率譜密度曲線如圖2所示。圖2功率譜密度曲線當(dāng)質(zhì)量＜500kg時(shí)，f1=5Hz，f2=150Hz；當(dāng)質(zhì)量＞500kg＜1250kg時(shí)，f1=(1250/質(zhì)量)×2Hz，f2=(1250/質(zhì)量)×60Hz；當(dāng)質(zhì)量＞1250kg時(shí)，f1=2Hz，f1=60Hz；3ANSYS后處理
7、分析結(jié)果本文進(jìn)行線槽結(jié)構(gòu)帶有約束的模態(tài)分析，取其固有頻率在160Hz以?xún)?nèi)的模態(tài)。通過(guò)計(jì)算得出，共有5階模態(tài)的固有頻率在0Hz~160Hz范圍內(nèi)。進(jìn)行模態(tài)分析主要是了解模型的動(dòng)態(tài)特性，得到它在PSD載荷譜所覆蓋的頻帶內(nèi)每一階的固有頻率。為下一步的頻率響應(yīng)分析做準(zhǔn)備，圖3為模態(tài)分析云圖，圖4為應(yīng)力分析云圖。作者簡(jiǎn)介：張春玉，男，碩士研究生，工程師，主要從事仿真分析領(lǐng)域研究工作，電話：18946677801，E-mail:zhangchunyu.a@cccar.com.cn圖3模態(tài)分析應(yīng)變圖圖4.1線槽整體應(yīng)力云圖圖4.2局部放大圖圖4線槽應(yīng)力結(jié)果云圖3.2
8、隨機(jī)振動(dòng)分析結(jié)果每次隨機(jī)振動(dòng)循環(huán)都對(duì)累積損傷均具有貢獻(xiàn)，當(dāng)總的累積損傷達(dá)到100%時(shí)就表示發(fā)生
