亚洲免费av电影一区二区三区,日韩爱爱视频,51精品视频一区二区三区,91视频爱爱,日韩欧美在线播放视频,中文字幕少妇AV,亚洲电影中文字幕,久久久久亚洲av成人网址,久久综合视频网站,国产在线不卡免费播放

        ?

        直升機(jī)旋翼系統(tǒng)彈性軸承彈性體壽命分析方法

        2022-07-03 05:59:30趙鳳帥陳少峰
        關(guān)鍵詞:橡膠材料壽命彈性

        趙鳳帥 陳少峰

        (中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所,江西 景德鎮(zhèn) 333001)

        0 引言

        球面層狀彈性軸承(下稱彈性軸承)是現(xiàn)代直升機(jī)設(shè)計(jì)常采用的結(jié)構(gòu)形式,它承擔(dān)了傳統(tǒng)槳轂揮舞鉸、擺振鉸和變距鉸的作用。由金屬隔片和橡膠材料復(fù)合而成的彈性體疊層(下稱彈性體)是彈性軸承的重要組成部分,彈性體會(huì)傳遞彈性軸承受到的所有載荷。在工程使用中,彈性軸承由于彈性體橡膠材料的疲勞而失效。因此,疲勞壽命分析是彈性軸承設(shè)計(jì)過(guò)程中的重點(diǎn)。

        目前有很多學(xué)者針對(duì)橡膠材料及彈性元件的強(qiáng)度進(jìn)行分析。ESHELBY J D針對(duì)橡膠輪胎簾線邊緣的裂紋,采用有限元方法分析了裂紋擴(kuò)展速率與壽命的關(guān)系。李志超等人針對(duì)軌道車輛的空氣彈簧進(jìn)行有限元仿真及壽命分析,并將仿真結(jié)果與試驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比,驗(yàn)證了橡膠元件疲勞仿真的可行性。丁智平等人利用正交試驗(yàn)法,分析了風(fēng)力發(fā)電機(jī)彈性支座的動(dòng)態(tài)性能,得出載荷頻率和幅值會(huì)顯著影響橡膠材料的動(dòng)態(tài)性能的結(jié)論。

        該文針對(duì)彈性軸承的結(jié)構(gòu),對(duì)其進(jìn)行有限元仿真,得到剛度與應(yīng)變結(jié)果。并在有限元仿真的基礎(chǔ)上,基于開裂能理論,應(yīng)用橡膠疲勞裂紋擴(kuò)展理論,對(duì)彈性軸承的彈性體進(jìn)行壽命分析。

        1 研究方法及理論基礎(chǔ)

        1.1 彈性軸承壽命的研究方法

        目前針對(duì)彈性軸承壽命的評(píng)估多以疲勞試驗(yàn)測(cè)試為主,通過(guò)軸承各方向剛度的下降幅度來(lái)判定是否為初始失效及損傷擴(kuò)展完全失效。該方法雖然可以有效預(yù)測(cè)彈性軸承的疲勞壽命,但試驗(yàn)耗時(shí)長(zhǎng),且只能在軸承設(shè)計(jì)的后期進(jìn)行,增加了設(shè)計(jì)階段的風(fēng)險(xiǎn)。

        彈性軸承壽命分析的傳統(tǒng)方法是通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),然后進(jìn)行試驗(yàn)件的制造及疲勞試驗(yàn),如圖1(a)所示。而開裂能理論在斷裂力學(xué)理論的基礎(chǔ)上,通過(guò)已知材料的裂紋形狀和開裂能時(shí)間歷程等特性,預(yù)測(cè)材料的疲勞壽命及裂紋萌生方向,為評(píng)估橡膠元件的疲勞壽命提供了一種有效且快速的途徑。彈性軸承是包含橡膠材料的結(jié)構(gòu)形式,使用開裂能理論即可在設(shè)計(jì)的初期階段對(duì)彈性軸承進(jìn)行壽命仿真評(píng)估,根據(jù)壽命仿真結(jié)果對(duì)軸承結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改、完善,可提高設(shè)計(jì)效率,節(jié)省試驗(yàn)成本,如圖1(b)所示。

        圖1 彈性軸承壽命分析流程

        1.2 橡膠材料本構(gòu)模型

        橡膠材料具有大變形、黏彈性和超彈性等力學(xué)特性,因此本構(gòu)模型與金屬材料不同,具有非線性。目前模擬橡膠材料本構(gòu)關(guān)系模型有Neo-Hookean、Mooney-Rivlin、Yeoh和Ogden 等多種本構(gòu)模型。綜合模型收斂性和計(jì)算精度,該文采用Mooney-Rivlin 本構(gòu)模型來(lái)分析軸承橡膠材料,如公式(1)所示。

        式中:W為Mooney-Rivlin 本構(gòu)模型的應(yīng)變能函數(shù);I(=1,2)(即、)為變形張量的不變量;、為材料常數(shù)。

        1.3 橡膠材料疲勞斷裂分析理論

        開裂能理論認(rèn)為,橡膠材料的裂紋擴(kuò)展是開裂能引起的。開裂能不僅與材料自身的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)有關(guān),還會(huì)受到所選開裂平面的影響,可用開裂能密度來(lái)計(jì)算開裂能的大小,如公式(2)所示。

        某開裂平面的能量釋放率與開裂能密度的關(guān)系如公式(3)所示。

        式中:為瞬時(shí)裂紋尺寸。

        橡膠材料的裂紋擴(kuò)展模型包括完全松弛條件下的裂紋擴(kuò)展模型和非完全松弛條件下的裂紋擴(kuò)展模型,該文采用Lake-lindly 模型來(lái)描述完全松弛條件下的裂紋擴(kuò)展模型,如公式(4)所示。

        式中:為能量釋放率;()為材料裂紋擴(kuò)展速率;為門檻能量釋放率;T為轉(zhuǎn)折能量釋放率;T為臨界能量釋放率;r為臨界裂紋擴(kuò)展速率;、為對(duì)應(yīng)階段的材料常數(shù)。

        該文采用Paris 模型來(lái)描述非完全松弛條件下的裂紋擴(kuò)展模型,如公式(5)所示。

        開裂能理論進(jìn)行疲勞壽命分析時(shí),假設(shè)在橡膠材料內(nèi)部存在初始微裂紋,材料的疲勞破壞會(huì)通過(guò)開裂能驅(qū)動(dòng)初始裂紋不斷擴(kuò)展,直到臨界疲勞破壞。因此,橡膠材料的疲勞壽命的計(jì)算如公式(6)所示。

        式中:為橡膠材料的疲勞壽命;為橡膠內(nèi)部初始微裂紋尺寸;c為達(dá)到臨界疲勞破壞時(shí)的裂紋尺寸。

        在彈性軸承耐久性疲勞試驗(yàn)中,會(huì)使用不同載荷譜組成疲勞程序試驗(yàn)塊來(lái)評(píng)估彈性軸承的疲勞壽命。根據(jù)Miner 線性累計(jì)損傷理論,彈性軸承在疲勞載荷譜中共有個(gè)加載工況,第個(gè)加載工況循環(huán)次數(shù)為n,則累計(jì)疲勞損傷和疲勞壽命如公式(7)、公式(8)所示。

        式中:為總損傷;N為第個(gè)加載工況下的彈性軸承壽命;為軸承的疲勞壽命;為該疲勞程序試驗(yàn)塊對(duì)應(yīng)的疲勞試驗(yàn)小時(shí)數(shù);n為加載工況的循環(huán)次數(shù);為加載工況的數(shù)量。

        理論上,材料在受到載荷作用時(shí),其內(nèi)部微裂紋的擴(kuò)展方向有無(wú)數(shù)種可能,會(huì)朝向空間中的不同方向擴(kuò)展。而材料實(shí)際的裂紋擴(kuò)展方向是裂紋擴(kuò)展最快的方向。因此,開裂能理論會(huì)對(duì)所有可能的失效平面進(jìn)行分析,將出現(xiàn)最低疲勞壽命的平面作為單元的開裂平面,將該平面的壽命作為單元的壽命,其用來(lái)計(jì)算軸承各單元疲勞壽命的流程如圖2 所示。首先,利用有限元分析方法,建立不同疲勞載荷工況下的仿真模型,從仿真結(jié)果中得到彈性軸承橡膠材料在計(jì)算工況下的單元應(yīng)變歷程。其次,將單元應(yīng)變歷程轉(zhuǎn)入Endurica 橡膠疲勞軟件進(jìn)行分析,可以得到單元內(nèi)部平面開裂能歷程、能量釋放率歷程、裂紋擴(kuò)展速率和平面疲勞壽命等,進(jìn)而得到單元壽命。

        圖2 軸承各單元疲勞分析流程

        2 直升機(jī)旋翼系統(tǒng)彈性軸承有限元建模及壽命分析

        2.1 彈性軸承有限元模型建立

        該文選取了直升機(jī)旋翼系統(tǒng)的典型彈性軸承,該軸承由大接頭、小接頭和彈性體疊層(彈性體疊層由隔片層和橡膠層組成)構(gòu)成,如圖3 所示。該文利用有限元軟件ABAQUS來(lái)建立軸承實(shí)體模型,橡膠材料體積不可壓縮,采用C3D8H單元(8 節(jié)點(diǎn)六面體雜交單元),金屬材料采用C3D8R 單元(8 節(jié)點(diǎn)六面體線性減縮積分單元)。因?yàn)镃3D8R 單元可以在網(wǎng)格因外載荷作用產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形的情況下,仍保持較高仿真精度,并可得到較精確的仿真結(jié)果。使用該單元時(shí)需要注意單元尺寸問(wèn)題,需要設(shè)置較小的單元尺寸,以免出現(xiàn)沙漏問(wèn)題。但C3D8R 單元無(wú)法仿真橡膠等非線性材料,需要采用C3D8H 單元對(duì)橡膠材料的超彈性力學(xué)性能進(jìn)行仿真。結(jié)合網(wǎng)格收斂性和仿真效率,選取適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格數(shù)目對(duì)橡膠層、隔片層及大小接頭進(jìn)行劃分。模型單元數(shù)為926 827。

        圖3 彈性軸承模型(剖視圖)

        根據(jù)彈性軸承的設(shè)計(jì)要求,金屬材料參數(shù)見表1。

        表1 金屬材料參數(shù)

        該文對(duì)橡膠材料進(jìn)行了單軸拉伸、平面拉伸和等雙軸拉伸3 種基本力學(xué)試驗(yàn),采用Mooney-Rivlin 模型擬合試驗(yàn)數(shù)據(jù),得到本構(gòu)模型參數(shù),見表2。

        表2 Mooney-Rivlin 本構(gòu)模型參數(shù)

        2.2 有限元仿真結(jié)果

        根據(jù)直升機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)要求,彈性軸承的載荷及運(yùn)動(dòng)參數(shù)見表3。該文根據(jù)表3 的載荷狀態(tài),對(duì)彈性軸承剛度進(jìn)行了有限元仿真,仿真結(jié)果與試驗(yàn)對(duì)比見表4。從表4 中可以看出,剛度仿真結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果最大互差為7.7%,即該文建立的有限元模型仿真結(jié)果與試驗(yàn)吻合良好,表明該文建立的仿真模型能較好地模擬軸承運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

        表3 載荷及運(yùn)動(dòng)參數(shù)

        表4 剛度仿真結(jié)果與試驗(yàn)對(duì)比

        2.3 疲勞壽命分析

        彈性軸承的金屬部分疲勞計(jì)算方法成熟,該節(jié)將對(duì)軸承彈性體的橡膠材料進(jìn)行疲勞計(jì)算。通過(guò)對(duì)橡膠材料進(jìn)行疲勞性能試驗(yàn),得到的疲勞性能參數(shù)見表5。

        該文利用有限元軟件ABAQUS 得到彈性軸承軸向壓縮、扭轉(zhuǎn)和彎曲3 種工況下的應(yīng)變歷程,將應(yīng)變歷程轉(zhuǎn)入Endurica 橡膠疲勞軟件中,并采用與有限元仿真模型相同的橡膠本構(gòu)模型參數(shù)。根據(jù)表5 中的橡膠疲勞性能進(jìn)行壽命仿真計(jì)算,得到的3 種載荷工況下的疲勞壽命如圖4 所示。在軸向壓縮載荷工況下,彈性軸承的疲勞壽命沿徑向從內(nèi)向外不斷縮短,在注膠孔位置出現(xiàn)了壽命較短的區(qū)域。在扭轉(zhuǎn)載荷工況下,靠近小接頭的區(qū)域壽命較短,這是因?yàn)樵谛〗宇^位置施加了扭轉(zhuǎn)角度。在彎曲載荷工況下,橡膠層受拉區(qū)域壽命較短。

        圖4 彈性軸承橡膠材料疲勞壽命分布

        表5 橡膠疲勞性能參數(shù)

        根據(jù)彈性軸承耐久性疲勞試驗(yàn)中的載荷譜數(shù)據(jù),選取其中一組載荷狀態(tài)進(jìn)行壽命仿真分析,見表6,所得壽命仿真結(jié)果如圖5 所示。在該載荷狀態(tài)下彈性軸承發(fā)生失效的最小循環(huán)次數(shù)為4.13×105.00 次,該載荷狀態(tài)循環(huán)次數(shù)為2 080次,該狀態(tài)將會(huì)造成0.005 的損傷,疲勞試驗(yàn)程序塊相當(dāng)于5 h 的疲勞壽命,則該軸承疲勞壽命為1 000 h。

        圖5 疲勞試驗(yàn)載荷狀態(tài)下彈性軸承橡膠材料疲勞壽命分布

        表6 載荷狀態(tài)

        3 結(jié)論

        該文基于ABAQUS 有限元軟件,建立了直升機(jī)旋翼系統(tǒng)某彈性軸承結(jié)構(gòu)三維仿真模型,并對(duì)彈性軸承3 個(gè)方向的剛度進(jìn)行仿真,得到了與試驗(yàn)結(jié)果吻合良好的仿真結(jié)果,表明該文建立的仿真模型能較好地模擬彈性軸承的真實(shí)物理狀態(tài)。

        基于開裂能理論,該文將有限元仿真得到的應(yīng)變歷程結(jié)果作為彈性軸承彈性體壽命仿真的輸入?yún)?shù),運(yùn)用橡膠疲勞裂紋擴(kuò)展理論,分析了彈性軸承彈性體的壽命評(píng)估方法。并對(duì)3 個(gè)單向加載工況和疲勞試驗(yàn)載荷譜的一組載荷狀態(tài)進(jìn)行了壽命仿真,仿真結(jié)果顯示了不同工況下的壽命分布。利用該方法可在設(shè)計(jì)的初期階段對(duì)彈性軸承彈性體進(jìn)行壽命評(píng)估,再根據(jù)壽命仿真結(jié)果對(duì)軸承結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改和完善,有利于提高設(shè)計(jì)效率,降低試驗(yàn)成本。

        猜你喜歡
        橡膠材料壽命彈性
        人類壽命極限應(yīng)在120~150歲之間
        中老年保健(2021年8期)2021-12-02 23:55:49
        為什么橡膠有彈性?
        軍事文摘(2021年18期)2021-12-02 01:28:12
        為什么橡膠有彈性?
        注重低頻的細(xì)節(jié)與彈性 KEF KF92
        倉(cāng)鼠的壽命知多少
        彈性?shī)A箍折彎模的改進(jìn)
        模具制造(2019年4期)2019-06-24 03:36:40
        馬烈光養(yǎng)生之悟 自靜其心延壽命
        人類正常壽命為175歲
        奧秘(2017年12期)2017-07-04 11:37:14
        一種鞋底橡膠材料
        橡膠材料單軸拉伸疲勞壽命預(yù)測(cè)的有限元分析
        亚洲综合中文字幕乱码在线| 久久99亚洲精品久久久久| 国产一精品一av一免费| 亚洲欧美国产双大乳头| 亚洲av永久无码精品水牛影视| 美腿丝袜视频在线观看| 亚洲国产精品久久久久秋霞小说| 成人无码免费一区二区三区| 久久国产精品老女人| 亚洲女同人妻在线播放| 99久久99久久精品国产片| 国产精品久久久久久久久免费| 超碰Av一区=区三区| 日韩av一区二区无卡| 强开小婷嫩苞又嫩又紧视频| 亚洲av综合av国产av| 亚洲 暴爽 AV人人爽日日碰 | 97一区二区国产好的精华液| 久久久亚洲欧洲日产国码是AV| 男女做那个视频网站国产| 好吊妞无缓冲视频观看| 久久综合第一页无码| 亚洲愉拍自拍视频一区| av影片在线免费观看| 五十路丰满中年熟女中出| 免费中文熟妇在线影片| 日本一区二区三区激视频| 真人抽搐一进一出视频| 成 人 网 站 免 费 av| 国产精品亚洲婷婷99久久精品| 亚洲国产一区二区三区精品 | 久久久久久久久高潮无码| 亚洲国产免费不卡视频| 亚洲中文字幕无码一久久区| 一级做a爰片久久毛片| 国产精品日本中文在线| 国产高清在线观看av片| 日本少妇人妻xxxxx18| 中文字幕成人精品久久不卡| 国产亚洲成性色av人片在线观| 丰满少妇被猛烈进入|