奔驰线上娱乐手机版

全国服务热线:
0532-85136159

抛丸机|喷砂机|喷砂房|砂处理设备

当前位置:奔驰线上娱乐手机版 » 资讯资讯 » 抛喷丸机对柴油机连杆疲劳安全的影响

抛喷丸机对柴油机连杆疲劳安全的影响

文章出处:未知 编辑:抛丸机发表时间:2017-5-8 10:59:10 浏览人数:918,1,0
0、前言:受控喷丸工艺是有效提高材料疲劳寿命的方法之一。对工件进行喷丸处理,会大幅提高工件的疲劳性能和抗腐蚀能力图 3 网格模型选中的节点。残余应力的分布规律很大程度上受喷丸工艺的影响,而影响喷丸工艺的因素也有很多。利用合理分布的残余应力场来提高工件的疲劳性能,是一种合理而实用的手段。虽然在工业生产上,不少生产厂家已经运用了包括喷丸在内的生产工艺,有意的制造出表面残余应力来提高连杆的疲劳寿命。但是把表面残余应力加载到连杆上的疲劳仿真分析还是很少。究其原因,在于表面残余应力在连杆模型上的加载方法是个难题。
  目前的残余应力在工件上的加载都会选择非常规则的工件,例如长方体、工字钢等等。这主要是因为残余应力沿深度方向是按照一定的规律分布的,有些残余应力的公式是研究出来了的,所以在规则工件上残余应力分布的公式就可以很好的在直角坐标系、球体坐标系等坐标系中表达出来。然后运用有限元分析App对残余应力仿真模拟,就可以相对准确地将工件的残余应力分布状况模拟出来。大家考虑将残余应力直接加载到连杆模型上进行分析,主要是运用有限元App Ansysworkbench 在连杆模型上加载多种喷丸工艺产生的残余应力,进行静力学分析,用专业疲劳分析App nCode 进行疲劳模拟计算,得到疲劳损伤,找出最优的喷丸残余应力分布,对引导连杆工业生产有一定的意义。

1、模型的建立:
  娃结构。添加面之间的距离将决定残余应力模拟的契合程度,之后在 hypermesh 中进行几何模型的清理和划分网格,见图 1、图 2。
图 1 清理几何模型图               图 2 连杆四面体网格局部放大图
图 1 清理几何模型图               图 2 连杆四面体网格局部放大图

  进行材料设置,单元属性为 solid 45,材料弹性模量为 2.05×105 MPa,泊松比为 0.3,密度为7.8×10-6 kg/mm3。
  之后导出为 cdb 有限元文件,最后大家把 cdb文件导入 ansysworkbench 里进行静力学分析。
  大家的模拟残余应力的方法是用节点应力模拟的,在 workbench 界面中找到节点应力,将需要加载的不同的区域分别选中,并命名。内部的面,就需要将外部的面依次隐藏,之后依次命名。方便之后残余应力的加载,见图 3。当活塞位于做功过程上止点时,连杆所受的压力最大。根据将连杆等效为二质量单元的假设,
图 3 网格模型选中的节点

3 网格模型选中的节点

忽略气缸对活塞的摩擦力的影响,连杆大端所受的压力为:


大端:

P1 = 14 pD2PZ - (mA +mP )(1+ R )Rw2 - mB Rw2 1

L

式中,D 为活塞直径,PZ 为最高爆压,mp 为活塞质量,R 为曲柄半径,L 为连杆的长度,ω为曲柄的角速度。


根据有关资料得到连杆大端所受的最大压力 317 kN

分析认为,当活塞位于进气过程上止点时,连杆所受的拉力最大。根据将连杆等效为二质量单元的假设,忽略气缸对活塞的摩擦力的影响,连杆大端所受的拉力为:

大端:Pr

= (mA

+mP )(1+

R

)Rw2 + mB Rw2

2

L

式中各符号的含义同(1)式。

根据有关资料得到连杆大端所受最大拉力为75 kN

查  620 连杆大端孔径为(含尺寸公差)135135.025 mm,宽度为 4444.16 mm。约束连杆小端,连杆大端受力时,取 90°对应的面为压力受力面,计算得到受到最大均布压应力 68 MPa,最大拉应力 17 MPa

根据文献  的研究结论,得到的一定直径、一定速度的残余应力分布规律见图 4、图 5、图
图 5 速度为 40 m/s 的弹丸的应力图像图 4 速度为 70 m/s 的弹丸的应力图像

5 速度为 40 m/s 的弹丸的应力图像图 4 速度为 70 m/s 的弹丸的应力图像
图 6 速度为 60 m/s 的弹丸的应力图像 图 7 速度为 80 m/s 的弹丸的应力图像

6 速度为 60 m/s 的弹丸的应力图像  7 速度为 80 m/s 的弹丸的应力图像

6、图 7

由文献  的结果,发现大部分最大残余应力处出现在深度为 0.25 mm 的部位。经过简化筛选之后,总结出以下十四种表面残余应力情况,见表 1

1 残余应力的分布规律

 

深度

0 mm

0.25 mm

0.5 mm

1mm

1

-200 MPa

-400 MPa

0

0

2

0

0

0

0

3

50 MPa

-420 MPa

0

0

4

50 MPa

-400 MPa

0

0

5

-300 MPa

-400 MPa

0

0

6

-400 MPa

-800 MPa

0

0

力应

7

-200 MPa

-600 MPa

0

0

深沿

8

-200 MPa

-800 MPa

0

0

9

200 MPa

-800 MPa

0

0

布分

10

-150 MPa

-500 MPa

0

0

11

-250 MPa

-330 MPa

0

0

12

-100 MPa

-400 MPa

0

0

13

-80 MPa

-450 MPa

0

0

14

-200 MPa

-350 MPa

0

0

将这 14 种残余应力的分布规律,分别在 workbench 中进行静力学计算。将静力学分析结果

导入专业疲劳分析App nCode 中(见图 8),进行疲劳分析计算,得到疲劳损伤云图(见图 9)。经过在 ncode 中的模拟计算,共计得到 14 

 图 8 疲劳分析与有限元分析链接图  3.328×10-4 2.784×10-4 2.329×10-4 1.949×10-4 1.631×10-4 1.364×10-4 1.141×10-4 9.550×10-5 7.990×10-5 6.685×10-5 No Data  Z   X	Max=3.977×10-4 	At Node 11 237 Y	Min=6.685×10-5 	At Node 238 156  图9 疲劳损伤云图

8 疲劳分析与有限元分析链接图

 

3.328×10-4 2.784×10-4 2.329×10-4 1.949×10-4 1.631×10-4 1.364×10-4 1.141×10-4 9.550×10-5 7.990×10-5 6.685×10-5 No Data

Z   X

Max=3.977×10-4

At Node 11 237

Y

Min=6.685×10-5

At Node 238 156

 

图 9 疲劳损伤云图


表 2 14 种残余应力的最大疲劳损伤

 

深度

0 mm

0.25 mm

0.5 mm

1 mm

最大疲劳损伤

1

-200 MPa

-400 MPa

0

0

0.000 397 7

2

0

0

0

0

0.000 704 7

3

50 MPa

-420 MPa

0

0

0.000 570 8

4

50 MPa

-400 MPa

0

0

0.000 570 3

5

-300 MPa

-400 MPa

0

0

0.000 588 4

6

-400 MPa

-800 MPa

0

0

0.001 902

力应

7

-200 MPa

-600 MPa

0

0

0.000 514 8

沿

8

-200 MPa

-800 MPa

0

0

0.001 268

度深

9

200 MPa

-800 MPa

0

0

0.006 135

10

-150 MPa

-500 MPa

0

0

0.000 535 3

11

-250 MPa

-330 MPa

0

0

0.000 597 5

12

-100 MPa

-400 MPa

0

0

0.000 565 8

13

-80 MPa

-450 MPa

0

0

0.000 551 9

14

-200 MPa

-350 MPa

0

0

0.000 580 7

疲劳损伤云图,损伤结果见表 2

2 结果分析

通过第一组、第四组和第八组、第九组的比较见表 3

3 4 种残余应力的最大疲劳损伤

 

深度

0 mm

0.25 mm

0.5 mm

最大疲劳损伤

第一组

-200 MPa

-400 MPa

0

0.000 397 7

第四组

50 MPa

-400 MPa

0

0.000 570 3

第八组

-200 MPa

-800 MPa

0

0.001 268

第九组

200 MPa

-800 MPa

0

0.006 135

 可以看出,其他条件相同的情况下,外表面残余应力为负值的时候,最大疲劳损伤小于外表面残余应力为正值的时候,也就是说外表面的残余应 

力为负值最好。由于金属材料的抗压性能往往远远大于材料的抗拉性能,应力为负,表示是压应力,连杆未加载负荷的时候已经提前存了一个压应力了,当连杆再受到往复力、拉力的时候会被残余的压应力抵消一部分,受到压力的时候会叠加上去。当金属受压的时候,金属晶体结构被压地夯实,不容易产生疲劳裂纹。一般来说,金属的抗压性能又优越于抗拉性能。使用喷丸等工艺使外表面一定深度有一定的压应力,对提高疲劳损伤有帮助。

通过第一组、第七组、第八组、第十四组的比较见表 4

4 4 种残余应力的最大疲劳损伤

 

深度

0 mm

0.25 mm

0.5 mm

最大疲劳损伤

第一组

-200 MPa

-400 MPa

0

0.000 397 7

第七组

-200 MPa

-600 MPa

0

0.000 514 8

第八组

-200 MPa

-800 MPa

0

0.001 268

第十四组  -200 MPa

-350 MPa

0

0.000 580 7

可以看出,在外表面残余应力为 -200 MPa 的情况下,0.25 mm 处的残余应力是有一个最优值的,由最大疲劳损伤的变化可以看出,0.25 mm 处的最优值应为 -400 MPa

通过第一组、第四组、第五组、第十二组的比较见表 5

可以看出,在 0.25 mm 深度的残余应力取 -400 MPa 的情况下,表面残余应力的值并非越大

5、结论:

5 4 种残余应力的最大疲劳损伤

 

深度

0 mm

0.25 mm

0.5 mm

最大疲劳损伤

第一组

-200 MPa

-400 MPa

0

0.000 397 7

第四组

50 MPa

-400 MPa

0

0.000 570 3

第五组

-300 MPa

-400 MPa

0

0.000 588 4

第十二组  -100 MPa

-400 MPa

0

0.000 565 8

6 最优残余应力的最大疲劳损伤

深度

0 mm

0.25 mm

0.5 mm

最大疲劳损伤

第一组

-200 MPa

-400 MPa

0

0.000 397 7

 越好,而是有一个最佳值,通过上表可以大致判断出为 -200 MPa。综上所述,找出的最优残余应力分布规律为第一组,见表 6。目前普遍使用的喷丸工艺产生的残余应力分布规律是第十三组数据,并非最优,这是可以再优化的。目前找到的最优数据是第一组数据,所以在生产过程中可尝试使残余应力分布规律达到第一组,使喷丸工艺对连杆抗疲劳性能的提高达到最优。

本文来源青岛华盛泰抛丸机:/news/918.html
关键词:抛丸机 奔驰线上娱乐手机版 奔驰线上娱乐app下 奔驰线上娱乐app下 奔驰线上娱乐手机版 吊钩式抛丸机
XML 地图 | Sitemap 地图