螺栓疲勞強度計算分析

《螺栓疲勞強度計算分析》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《螺栓疲勞強度計算分析（30頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

. 螺栓疲勞強度計算分析 摘要：在應力理論、疲勞強度、螺栓設(shè)計計算的理論基礎(chǔ)之上，以疲勞強度計算所采取的三種方法為依據(jù)，以汽缸蓋緊螺栓連接為研究對象，進行本課題的研究。假設(shè)汽缸的工作壓力為0~1N/mm2=之間變化，氣缸直徑D2=400mm，螺栓材料為5.6級的35鋼，螺栓個數(shù)為14，在F〞=1.5F，工作溫度低于15℃這一具體實例進行計算分析。利用ProE建立螺栓連接的三維模型及螺桿、螺帽、汽缸上端蓋、下端蓋的模型。先以理論知識進行計算、分析，然后在分析過程中借助于ANSYS有限元分析軟件對此螺栓連接進行受力分析，以此驗證設(shè)計的合理性、可靠性。經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，有限元方法的理論更加完善，應用也更廣泛，已經(jīng)成為設(shè)計，分析必不可少的有力工具。然后在其分析計算基礎(chǔ)上，對于螺栓連接這一類型的連接的疲勞強度設(shè)計所采取的一般公式進行分類，進一步在此之上總結(jié)。 關(guān)鍵詞：螺栓疲勞強度，計算分析，強度理論，ANSYS 有限元分析。 Bolt fatigue strength analysis Abstract: In stress fatigue strength theory， bolt， design calculation theory foundation to fatigue strength calculation for the three methods adopted according to the cylinder lid， fasten bolt connection as the object of research， this topic research. Assuming the cylinder pressure of work is 0 ~ 1N/mm2 changes， cylinder diameters between = = 400mm， bolting materials D2 for ms5.6 35 steel， bolt number for 14， in F "= 1.5 F below 15 ℃， the temperature calculation and analysis of concrete examples. Using ProE establish bolt connection three-dimensional models and screw， nut， cylinder under cover， cover model. Starts with theoretical knowledge calculate， analysis， and then during analysis， ANSYS finite element analysis software by this paper analyzes forces bolt connection， to verify the rationality of the design of and reliability. After nearly decades of development， the theory of finite element method is more perfect， more extensive application， has become an indispensable design， analysis the emollient tool. Then in its analysis and calculation for bolt connection， based on the type of connection to the fatigue strength design of the general formula classification， further on top of this summary. Keywords: bolt fatigue strength， calculation and analysis， strength theory， ANSYS finite elements analysis. 目 錄 1緒論 5 1．1緒論 5 1.2 疲勞強度的概念及常見的疲勞損傷類型 5 1.3影響疲勞強度的因素 5 1.4前景展望 6 1.5研究的目的意義 6 2相關(guān)背景知識 7 2.1背景知識 7 2.1.1強度理論及疲勞強度的計算主要有三種方法： 7 2.4螺栓連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則 13 3 Pro/E三維造型 14 3.1 ProE簡介 14 3.2螺栓連接零件圖 14 4實例分析 18 4.1理論分析 18 4.1.1計算各力的大小 18 4.2理論分析總結(jié) 20 5 ANSYS有限元分析 21 5.1ANSYS有限元分析 21 5.1.1分析軟件及工作原理介紹 21 5.1.2 ANSYS分析求解步驟 22 5.2 ANSYS分析 23 5.3ANSYS分析總結(jié) 26 總 結(jié) 27 [參考文獻] 28 致 謝 30 . 1緒論 本章主要介紹疲勞強度的基本概念及疲勞損傷的類型，影響疲勞強度的因素，以及作此設(shè)計的前景、目的和意義。 1.1緒論 本次畢業(yè)論文研究的主要問題是—在強度理論基礎(chǔ)之上就螺栓的疲勞強度計算及分析進行研究。為了便于機器的制造、安裝、運輸、維修以及提高其勞動生產(chǎn)率等，廣泛地應用各種連接。螺栓連接、鍵連接、銷連接、鉚連接、焊接、膠接、過盈連接，其中螺栓連接因為其經(jīng)濟性，方便性，可靠性，最常用，用的最廣，因而研究其在不同工作情況下的疲勞強度對于提高連接的可靠性，安全性，機械整體的性能，整個機械行業(yè)乃至整個國民經(jīng)濟的增長具有重要的意義。本論文側(cè)重研究其在交變應力情況下的強度計算機分析。在冶金，礦山，工程，運輸?shù)葯C械設(shè)備中，承受變載荷的螺栓連接廣泛地應用著，因而研究螺栓連接疲勞強度計算分析是十分必要和有實用價值的。本論文有兩方面的任務一是疲勞強度的計，二是對影響疲勞強度的因素進行分析，就螺栓的疲勞強度計算展開，以汽缸螺栓連接實例把理論分析和有限元分析相結(jié)合，然后就此得出螺栓連接疲勞計算分析的一般規(guī)律。 1.2 疲勞強度的概念及常見的疲勞損傷類型 如軸、齒輪、軸承、葉片、彈簧等，在工作過程中各點的應力隨時間作周期性的變化，這種隨時間作周期性變化的應力稱為交變應力（也稱循環(huán)應力）。在交變應力的作用下，雖然零件所承受的應力低于材料的屈服點，但經(jīng)過較長時間的工作后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的現(xiàn)象稱為金屬的疲勞疲勞強度是指金屬材料在無限多次交變載荷作用下而不破壞的最大應力稱為疲勞強度或疲勞極限。 疲勞破壞是機械零件失效的主要原因之一。據(jù)統(tǒng)計，在機械零件失效中大約有80%以上屬于疲勞破壞，而且疲勞破壞前沒有明顯的變形，所以疲勞破壞經(jīng)常造成重大事故，所以對于軸、齒輪、軸承、葉片、彈簧等承受交變載荷的零件要選擇疲勞強度較好的材料來制造。 1.3影響疲勞強度的因素 金屬疲勞在交變應力作用下，金屬材料發(fā)生的破壞現(xiàn)象。機械零件在交變壓力作用下，經(jīng)過一段時間后，在局部高應力區(qū)形成微小裂紋，再由微小裂紋逐漸擴展以致斷裂。疲勞破壞具有在時間上的突發(fā)性，在位置上的局部性及對環(huán)境和缺陷的敏感性等特點，故疲勞破壞常不易被及時發(fā)現(xiàn)且易于造成事故。應力幅值、平均應力大小 . 循環(huán)次數(shù)是影響金屬疲勞的三個主要因素。 1.4前景展望 伴隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和各種分析軟件的成熟，ANSYS、ABAQUS、NASTRAN、MARK、ALGOR以及ADINA等為代表的一系列分析軟件的不斷完善，運動仿真技術(shù)的發(fā)展使其理論分析有了更加堅實可靠的手段和依據(jù)，使得其更加接近真實情況，各種仿真軟件和分析系統(tǒng)的日趨完善使得對螺栓疲勞強度的分析計算更加科學，可信。 1.5研究的目的意義 螺栓連接的在各種設(shè)備及機械中廣泛應用，連接的可靠性，安全性事關(guān)生命及整個國民經(jīng)濟的發(fā)展，可靠，嚴密的而強度理論研究是生產(chǎn)高強度，高質(zhì)量的零部件的前提，可靠的連接是機械設(shè)備及其零部件正常，安全，高效工作的必然要求，所以進行螺栓疲勞強度的設(shè)計計算分析是發(fā)展生產(chǎn)的必然要求具有重大的理論和現(xiàn)實意義。 . 2相關(guān)背景知識 本章主要講解進行螺栓疲勞強度計算分析所需要的理論基礎(chǔ)，包括強度理論及疲勞強度計算的三種公式；螺栓連接的設(shè)計計算公式；螺栓連接的設(shè)計原則；強度計算公式選擇的原則。 2.1背景知識 2.1.1強度理論及疲勞強度的計算主要有三種方法： ①若γ=常數(shù)，則也有α=1-γ/1+γ=常數(shù)，即α=常數(shù)，在圖2.1中設(shè)M點為一工作點，這樣過原點的射線OM就代表簡單就代表簡單加載情況。M點（假設(shè)在AB線上，一下均同假設(shè)）為工作應力點M按γ=C變化得到極限應力點。 聯(lián)解OM，AB兩條直可得 圖 2.1 γ=常數(shù)時的極限應力 2-1 則可求出點M′點坐標對于點M點的應力極限為 2-2 則根據(jù)最大應力求得的最大應力安全系數(shù)計算值及強度條件為 2-3 ②按應力幅計算； σmin=C 若man =C則有σmin ==C，故在圖2中，過工作點M作與橫坐標夾角為45的直線MM′，則這條直線上任一點的應力最小值相同，即復合σmin==C的加載條件。M′所代表的應力就是此情況下計算時應采用的疲勞極限應力。 圖 2-2σmin=C時的極限應力 聯(lián)解直線MM′，AB方程 2-4 代入 ，可解得M′的坐標（σ′m，σ′a） 則根據(jù)最大應力求得的最大應力安全系數(shù)計算值及強度條件為 2-5 ③按應力的循環(huán)特性保持不變（即γ=C）的應力變化規(guī)律計算 即σm=C在圖3中，過工作點M，作縱軸的平行線MM′，則此直線上任一點的應力，其平均應力相同，即符合σm=σ的加載條件。M′點所代表的應力就是此情況下計算時所采取的疲勞強度極限應力。 圖 2-3σm=C時的極限應力 聯(lián)解MM′，AB兩直線方程 2-6 可得M′點的坐標（σ′m， σ′a） 根據(jù)最大應力求得的最大應力安全系數(shù)及強度條件為 2-7 Error! No bookmark name given.設(shè)計計算時，對上述三種情況的安全系數(shù)的校核公式的取舍，要根據(jù)具體零件應力可能發(fā)生的規(guī)律來確定，對于難以確定其規(guī)律的，往往采用γ=C的公式。 螺栓連接承受單向穩(wěn)定變載荷時的疲勞強度計算。 對于承受預緊力和變化的工作拉力的緊螺栓連接，假設(shè)加預緊力F后，承受0~F之間的變化的工作拉力，從圖所示的受軸向變載荷的螺栓受力情況圖可見，此螺栓所受的總拉力在F~F。之間變化。由圖容易看出，當螺栓承受0~F脈動變化的工作載荷時，螺栓內(nèi)的應力為非對稱循環(huán)變應力。這是因為雖然外加工作載荷是脈動變化的，但由于預緊力F的存在，螺栓所受的總拉伸載荷則是在F~F。之間變化的波動拉伸載荷，如果不考慮螺栓摩擦力矩的扭轉(zhuǎn)作用，則螺栓受單向穩(wěn)定的應變力。 對于受單向穩(wěn)定應變力的螺栓疲勞強度校核計算就可以完全按照上述變應力的基本理論，至于具體使用那一種安全系數(shù)校核公式，首先要看螺栓承受變應力的變化規(guī)律如何，然后再確定。 圖2-4軸向變載荷的螺栓受力情況 2．2螺栓設(shè)計計算受力選擇原則 迄今為止我們應經(jīng)對螺栓承受變應力的情況有了深入的認識了，形成了一些較成熟的觀點，這里我們著重討論一下幾種。 第一種：影響變載荷零件疲勞強度的主要因素是應力幅。所以螺栓的疲勞強度可以按應力幅進行計算，即選用公式 2-8 滿足此條件極為安全。 第二種：由于 而為常數(shù)則為常數(shù)，所以螺栓的疲勞強度按照的情況進行計算，及選用下式校核。 最大安全系數(shù) 2-9 滿足此條件即為安全 第三種：是最簡單的加載方式，而螺栓受載荷屬于復雜的非對稱循環(huán)變載荷，計算較為繁瑣。由于工程上常把較復雜的問題簡單化成對稱循環(huán)處理的方法。所以螺栓的疲勞強度計算可以按照這種簡化方法，用γ=C規(guī)律進行簡化計算。 2-10 滿足此條件即為安全。 螺栓連接的安全系數(shù)可參照下表1.1選擇  裝配情況 許用安全系數(shù) 公 稱 直 徑螺栓材料 [n] [no] M5-M16 M16-M30 緊連接 （不加預緊力） 碳素鋼 10-6.5 6.5 2.5-5 合金鋼 7-5 5 緊連接 （加預緊力） 碳素鋼 1.2-1.5 1.5-2.5 合金鋼 表1.1不同材料螺栓連接的安全系數(shù) 2．3螺栓連接的計算公式 松螺栓連接的計算公式： 2-11 螺栓危險截面拉伸強度為： 2-12 d1——————螺紋小徑，單位mm F——————螺栓所承受的軸向工作載荷，單位N [σ]—————螺栓連接的許用應力，單位N/mm2 緊螺栓連接的計算公式： 2-13 σca—————螺栓預緊狀態(tài)下的計算應力，σca=1.3σ F?！菟ㄋ艿念A緊力，單位為N. 2.4螺栓連接的結(jié)構(gòu)設(shè)計的原則 1. 連接結(jié)合面的幾何形狀通常都設(shè)計成軸對稱的簡單集合形狀，如圓形、環(huán)形、矩形、框形、三角形等這樣不但利于加工制造，而且便于對稱布置螺栓，使螺栓組的對稱中心和連接結(jié)合面的形心重合，從而保證連接結(jié)合面的受力比較均勻。 2. 螺栓的布置應使各螺栓的受力合理。對于鉸制孔用螺栓連接，不要在平行于工作載荷的方向上成排地布置8個 以上螺栓，以免載荷分布過于不均。 3. 螺栓的排列應有合理的間距、邊距。布置螺栓時，各螺栓軸線以及螺栓軸線和機體壁間的最小距離，應根據(jù)扳手所需活動的空間的大小決定。 4. 分布在同一圓周上的螺栓數(shù)目，應該取成偶數(shù)，以便在圓周上鉆孔時的分度和畫線。 5. 避免螺栓承受附加的彎曲載荷。 3 Pro/E三維造型 本章主要內(nèi)容為三維造型軟件ProE簡介及各零部件的三維模型和總裝配圖。 3.1 ProE簡介 在中國也有很多用戶直接稱之為“破衣”。1985年，PTC公司成立于美國波士頓，開始參數(shù)化建模軟件的研究。1988年，V1.0的Pro/ENGINEER誕生了。經(jīng)過10余年的發(fā)展，Pro/ENGINEER已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。目前已經(jīng)發(fā)布了Pro/ENGINEER WildFire6.0（中文名野火6)。PTC的系列軟件包括了在工業(yè)設(shè)計和機械設(shè)計等方面的多項功能，還包括對大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等等。Pro/ENGINEER還提供了全面、集成緊密的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。是一套由設(shè)計至生產(chǎn)的機械自動化軟件，是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng)，是一個參數(shù)化、基于特征的實體造型系統(tǒng)，并且具有單一數(shù)據(jù)庫功能的綜合性MCAD軟件。 3.2螺栓連接零件圖 圖3.1 螺母 圖3.2 螺桿  圖3.3 汽缸上端蓋 圖3-4 下端蓋 圖3-5 總裝配圖  4實例分析 本章就汽缸螺栓連接這一實例，根據(jù)螺栓連接的強度理論進行計算分析。 4.1理論分析 氣缸蓋螺栓連接的設(shè)計，如圖所示，已知：汽缸工作壓力p在0~1N/mm2之間變化。 汽缸直徑為D2=400mm，螺栓材料5.6級的35鋼，螺栓數(shù)目為14，使，用石棉銅皮墊片，工作溫度不高于15℃。 圖4.1氣缸螺栓連接模型 4.1.1計算各力的大小 （一）計算每個螺栓承受的最大工作載荷 1）汽缸最大載荷 4-1 2）螺栓最大工作載荷 4-2 則螺栓工作載荷F在0~8976N之間變化。 剩余預緊力 4-3 3)螺栓最大拉力 4-4 4)預緊力 4-5 5)許用拉應力 按控制預緊力取安全系數(shù) ，查《機械零件手冊》知 ， 且。 (二)按靜強度計算螺栓尺寸 4-6 （三）螺栓疲勞強度校核 1）計算各參數(shù) a危險剖面積 4-7 b螺栓受最大應力 4-8 c螺栓受最小應力 4-9 d螺栓應力幅 4-10 e 螺栓平均應力 4-11 f 查《機械零件手冊》可知平均應力的折算系數(shù) 為對稱循環(huán)彎曲疲勞極限 又查手冊知 ， ， 則綜合影響系數(shù) 4-12 4.1.2疲勞強度校核計算 下面分別用三種方法對該零件進行螺栓疲勞強度校核 第一種方法：依據(jù)第一觀點，按應力幅計算，帶入公式2-8有 滿足強度條件，安全。 第二種方法：依據(jù)第二種觀點，按規(guī)律計算，代入公式2-9，有 滿足強度條件，安全。 第三種方法：依據(jù)第三種觀點，那規(guī)律計算，代入公式2-7，有 由計算可知設(shè)計滿足各項要求是合理的。 4.2理論分析總結(jié) 三種計算結(jié)果分析歸納總結(jié)見下表 計算方法 比較內(nèi)容 按σmin=C的規(guī)律校核最大應力安全系數(shù) 按應力幅規(guī)律校核最大應力安全系數(shù) 按γ=C規(guī)律校核最大應力安全系數(shù) n 1.39 1.63 2.07 精確度 精確 近似 n值大于前者 不精確，n值偏大。使用不安全 表4-1 5 ANSYS有限元分析 5.1ANSYS有限元分析 5.1.1分析軟件及工作原理介紹 有限元法也稱為有限單元法，是隨著計算機的使用發(fā)展起來的一種有效地數(shù)值計算方法。這種方法大約起源于20世紀50年代航空領(lǐng)域飛機結(jié)構(gòu)的強度分析。該方法的思想是把整體結(jié)構(gòu)看作是由有限個相互連接二組成的集合體，每個單元賦予一定的物理特性，然后組合在一起就能近似的等效整體結(jié)構(gòu)的物理特性然。有限元分析（Finite Element Analysis， FEA）是在結(jié)構(gòu)分析領(lǐng)域中應用和發(fā)展起來的，它不僅可以解決工程中的結(jié)構(gòu)分析問題，同時也可以解決傳熱學、流體力學、電磁學和聲學等領(lǐng)域的問題。由于有限元法計算精度高、適用性強、計算格式規(guī)范統(tǒng)一，有限元計算結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為各類工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計和性能評估的可靠依據(jù)，已經(jīng)成為設(shè)計學中不可缺少的一種重要方法，在大型結(jié)構(gòu)應力應變分析、穩(wěn)定性分析、傳熱分析、電磁場分析、流體分析等方面扮演越來越重要的角色 ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國ANSYS開發(fā)，它能與多數(shù)CAD軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換，如Pro/Engineer， NASTRAN， Alogor， I－DEAS， AutoCAD等， 是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計中的高級CAD工具之一。 一、軟件功能簡介 軟件主要包括三個部分：前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。前處理模塊提供了一個強大的實體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型；分析計算模塊包括結(jié)構(gòu)分析（可進行線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動力學分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力；后處理模塊可將計算結(jié)果以彩色等值線顯示、梯度顯示、矢量顯示、粒子流跡顯示、立體切片顯示、透明及半透明顯示（可看到結(jié)構(gòu)內(nèi)部）等圖形方式顯示出來，也可將計算結(jié)果以圖表、曲線形式顯示或輸出。軟件提供了100種以上的單元類型，用來模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。該軟件有多種不同版本，可以運行在從個人機到大型機的多種計算機設(shè)備上，如PC，SGI，HP，SUN，DEC，IBM，CRAY等。目前版本為ANSYS5.7版，其微機版本要求的操作系統(tǒng)為Windows 95/98或Windows NT，也可運行于UNIX系統(tǒng)下。微機版的基本硬件要求為：顯示分辨率為1024768，顯示內(nèi)存為2M以上，硬盤大于350M，推薦使用17英寸顯示器。 啟動ANSYS，進入歡迎畫面以后，程序停留在開始平臺。從開始平臺（主菜單）可以進入各處理模塊：PREP7（通用前處理模塊），SOLUTION（求解模塊），POST1（通用后處理模塊），POST26（時間歷程后處理模塊）。ANSYS用戶手冊的全部內(nèi)容都可以聯(lián)機查閱。 用戶的指令可以通過鼠標點擊菜單項選取和執(zhí)行，也可以在命令輸入窗口通過鍵盤輸入。命令一經(jīng)執(zhí)行，該命令就會在.LOG文件中列出，打開輸出窗口可以看到.LOG文件的內(nèi)容。如果軟件運行過程中出現(xiàn)問題，查看.LOG文件中的命令流及其錯誤提示，將有助于快速發(fā)現(xiàn)問題的根源。.LOG 文件的內(nèi)容可以略作修改存到一個批處理文件中，在以后進行同樣工作時，由ANSYS自動讀入并執(zhí)行，這是ANSYS軟件的第三種命令輸入方式。這種命令方式在進行某些重復性較高的工作時，能有效地提高工作速度。 5.1.2 ANSYS分析求解步驟 1）實體建模； 2）網(wǎng)格劃分； 3）施加載荷： 4）分析求解 5.2 ANSYS分析 5.1實體模型 【ANSYS算例】螺栓疲勞強度分析(GUI) 計算模型見圖5-1，該問題的有限元分析過程如下。 (1)進入ANSYS（設(shè)定工作目錄和工作文件） 程序→ ANSYS → ANSYS Interactive → Working directory（設(shè)置工作目錄）→ Initial jobname（設(shè)置工作文件名）：Press → Run → OK (2)設(shè)置分析特性 ANSYS Main Menu：Preferences… → Structural → OK (3)定義單元類型 ANSYS Main Menu：Preprocessor → Element Type → Add/Edit/Delete... → Add…→ Solid: Tet 10node 187 （10節(jié)點四面實體結(jié)構(gòu)單元）→ OK（返回到Element Types窗口）→ Close… (4)定義材料參數(shù) ANSYS Main Menu：Preprocessor → Material Props → Material Models → Structural → Linear → Elastic → Isotropic：EX：2.06e11（彈性模量），PRXY：0.3（泊松比）→ OK → 鼠標點擊該窗口右上角的“”來關(guān)閉該窗口 （5）PROE導入實體幾何模型 （6）ANSYS Main Menu：Preprocessor → Meshing → MeshTool→ 位于Size Controls下的Lines：Set → 要求選擇定義單元劃分數(shù)的線。選擇底座圓周縱向的線→OK → Element Size on Picked…在No.of element divisions下輸入：5→OK → Mesh→ Volumes→Mesh → Pick all(如圖5-2) 圖5-2網(wǎng)格劃分結(jié)果 （7）模型施加位移約束 ANSYS Main Menu:Solution→Loads→Apply→Stuctural-Displacement→on Lines→拾取底座底面的所有外邊界線→OK→選擇ALL DOF作為約束自由度→OK NSYS Main Menu:Solution→Loads→Apply→Stuctural-Displacement→on Lines→拾取底座底面螺栓孔邊界線→選擇UY→OK （8）模型施加載荷和約束 .. 在底座上表面施加工作載荷 ANSYS Main Menu：Solution →Loads →Apply → Structural →Pressure → On Areas →拾取底座上表面 → OK → VALUE：-125664 → OK 用箭頭顯示壓力值 ANSYS Utility Menu：PlotCtrls→Symbols（Show Pres and convect as）→OK SAVE-DB 保存數(shù)據(jù)庫 （9）分析計算 ANSYS Main Menu：Solution → Solve → Current LS → OK （10）結(jié)果顯示 ANSYS Main Menu：General Postproc → Plot Results → Deformed shape…→ Def shape only →OK（返回到Plot Results）→ Contour Plot→Nodal Solu→ Stress→ von Mises stress→OK（還可以繼續(xù)觀察其他結(jié)果） （11）退出系統(tǒng) ANSYS Utility Menu：File → Exit…→ Save Everything→OK （12）計算結(jié)果驗證 按以上計算方案，可得到最大Von Miss等效應力和最大的Y方向應力分別為：34.6MPa、 12.8 MPa，等效應力與Y方向應力分布分別如圖5-3、5-4所示。 (a) Von Mises等效應力(Pa) (2) Y方向(垂直方向)的應力(Pa) 圖5-3：Von Miss等效應力（Pa） 圖5-4：-Y方向（垂直方向）的應力（Pa） 螺栓疲勞強度計算結(jié)果 為驗證計算結(jié)果，氣缸底座為參考對象，假設(shè)其受均布載荷，-Y方向(垂直)應力為：8976N/（3.14(14/2）2）=58.3 MPa>12.8 MPa可見與上右圖相吻合。 5.3ANSYS分析總結(jié) 由ANSYS分析可知此種設(shè)計及其參數(shù)滿足各項要求。氣缸的螺栓連接設(shè)計是合理的。有限元分析在設(shè)計的過程中發(fā)揮著非常重要的作用應該引起大家的重視。 . 總 結(jié) 根據(jù)以上比較分析，我們很容易看出，若按規(guī)律設(shè)計計算，n值偏大，使用不安全，故在安全性要求較高及精度要求高的設(shè)備中研發(fā)設(shè)計時很少用；變載荷螺栓疲勞強度設(shè)計若按規(guī)律進行計算，具備足夠的精確度，所以在精度要求高，，特別重要的機械設(shè)備常采用這種方法，是用的范圍最廣的；按應力幅強度條件計算，精確度次之，但是由于其方法比較簡單故在一般的機械設(shè)備中經(jīng)常用到。 由ANSYS有限元分析結(jié)果可知，設(shè)計完全符合強度要求。雖然有限元對零件進行塑性變形計算的時間遠大于進行彈性計算所需的時間。但是零件在使用期限內(nèi)，其疲勞載荷系列中往往只有很小一部分使材料進入了塑性區(qū)；絕大部分的載荷序列都只使材料發(fā)生彈性變形，而彈性有限分析的速度是很快的，所以可以使用。 疲勞破壞是機械零件的常見破壞形式，對零件進行疲勞計算分析對于設(shè)計而言至關(guān)重要的環(huán)節(jié)之一。隨著有限元法的廣泛應用與結(jié)構(gòu)受力分析。很多疲勞分析軟件都直接使用有限元軟件的分析結(jié)構(gòu)作為輸入。象ANSYS這種優(yōu)秀的分析軟件在機械設(shè)計領(lǐng)域必定得到更加廣泛的應用。 [參考文獻] [1] 劉鴻文. 材料力學。4版。北京：高等教育出版社，2004。 [2] 濮良貴 紀名剛，機械設(shè)計。8版，北京：高等教育出版社，2006. [3] 王步瀛.機械零件強度計算的理論和方法。北京：高等教育出版社，1986 [4] 卜炎.螺紋連接設(shè)計與計算。北京：高等教育出版社，1993 [5] [蘇]謝聯(lián)先C B。機械零件的承載能力和強度計算。汪一麟，等譯。北京：機械工業(yè)出版社，1984 [6] 劉莉莉 ，張德豫 . 《螺栓疲勞強度的計算再分析》 選自焦作礦業(yè)學院學報 1993.4月59~61，56~58 [7] 周開勤 機械零件手冊.第四版.1994 [8] (美)希格利.米切爾著.機械工程設(shè)計，金永昕，余長庚，汝元功等譯.第四版1988 [9] （德）尼羅，溫特爾等著.機械零件.第二版第一卷，余夢生，倪溫馨等譯1991.北京：機械工業(yè)出版社 [10] （德）弗洛尼斯主編.設(shè)計學——機械零件.王汝森譯.1988 [11] （蘇）扎布隆斯基著.機械零件.余夢生，歐蹤瑛，吳宗澤譯.1992 [12] （美）伯爾著.機械分析與機械設(shè)計.汪一麟等譯.北京：機械工業(yè)出版社，1988 [13] （美）Hindhede，zimmernan.Hopkins，et al.Machine Design Fundamental——A Pratical Approach，John Wiley &Sons，1983 [14] 周寧主編.沈進主審ansys機械工程應用實例 北京：中國水利水電出版社2006.5 [15] Rajput R K. Elements of Mechanical Engineering.Katson Publ .House，1985 [16] Orlov P.Fundamentals of Machine Design. Moscow :Mir Pub，1987. [17] Collacott R A. Mechaanical Fault Diagnosis and Condition Monitoring. London : Chapman and Hall，1977 [18] 許尚賢.機械設(shè)計中的有限元分析.北京：高等教育出版社，1992 [19] 劉鴻文主編.簡明材料力學.北京：高等教育出版社，1997 [20] 哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室編.理論力學上下冊.第四版.北京：高等教育出版社. 1982 [21] 張永昌.Msc.Nastran有限元分析理論基礎(chǔ)及應用[M]北京:科學出版社，2004 [22] 馬愛軍.等Patran和Nastran有限元分析專業(yè)教程[M]北京：清華大學出版社，2005 [23] 王德俊.疲勞強度理論和設(shè)計方法[M].東北工學院出版社，1990 [24] 周傳月.鄭紅霞，羅慧.MSC Fatigue疲勞分析應用于實例[M].北京：科學出版社，2005 [25] 徐灝.疲勞強度[M].北京：高等教育出版社.1998 [26] 姚衛(wèi)星.結(jié)構(gòu)疲勞壽命分析.北京：國防工業(yè)出版社，2003 [27] 王自勤.螺栓應力應變與疲勞壽命分析.航空制造技術(shù)，2001.4 [28] 崔旭明、何富軍、張晶、羅敏.油管的疲勞強度.應力力學報.2004.1 致 謝 內(nèi)容在此論文撰寫過程中，要特別感謝我的導師劉宏偉的指導與督促，同時感謝他的諒解與包。感謝我的班主任張磊老師，謝謝他在這四年中為我們?nèi)嗨龅囊磺?，她不求回報，無容。沒有劉宏偉老師的幫助也就沒有今天的這篇論文。求學歷程是艱苦的，但又是快樂的私奉獻的精神很讓我感動，再次向她表示由衷的感謝。在這四年的學期中結(jié)識的各位生活和學習上的摯友讓我得到了人生最大的一筆財富。在此，也對他們表示衷心感謝。 謝謝我的父母，沒有他們辛勤的付出也就沒有我的今天，在這一刻，將最崇高的敬意獻給你們！ 本文參考了大量的文獻資料，在此，向各學術(shù)界的前輩們致敬！