弯曲分析（精选12篇）
弯曲分析 篇1
锚固件是锅炉外围用于紧固耐火材料的弯曲件, 一般采用奥氏体型不锈钢316通过加热到1000度用模具一次压制而成, 生产效率高, 但是合格率较低一般为70%, 锚固件在压制过程中经常出现断裂。由于工件压制速度很快, 使技术员很难在压制过程中找出断裂原因, 因此我采用Solidworks三维建模和DEFORM3D锻造有限元模拟软件对锚固件的弯制过程进行模拟分析从而找出断裂的根本原因。
1 solidworks三维造型和DEFORM3D有限元模拟
利用solidworks三维绘图软件绘制弯曲模的上、下模, 再在DEFORM3D内导入模型, 设置好上下模和工件的位置关系如图2所示:
设置上模运动速度为1 m m/s, 工件划分网格为30000, 其温度为1000℃, 材料为316, 进行模拟运算得出弯制过程的应力分布如图4, 其破坏模拟图如图3所示:
2 原因分析
根据图3破坏模拟图4和有效应力分布图可知:图4为有效应力图, 图中拐点1、2部位达到应力最高值呈现红色, 表明拐点1、2处承受极大的应力, 当其应力值超过316材料的抗拉强度值就出现断裂;图3为破坏模拟图, 其中红色区域相对其它颜色出现破损的几率更高, 拐点1、2呈现红色因此在拐点1、2极易出现破坏。在工件压制过程中, 1, 3拐点被模具压死, 使1~3拐点之间的圆钢长度固定, 此时, 随着模具进一步向下压, 2拐点被强行弯曲变形, 使1~3拐点的圆钢被拉长同时横截面变小, 当1~3拐点间的圆钢的应力值超过3 1 6材料的抗拉强度值时就发生断裂。
3 改进措施
由分析可知为避免锚固件弯制断裂需避免拐点1、3卡死, 即在压制过程中, 拐点1、2、3与模具是滚动摩擦接触;或者在压制中依次压制拐点, 先压制拐点3、2再压制拐点1, 可使压制中有足够的圆钢进行补料, 不至于因拐点卡死造成断裂。
(1) 在模具拐点处设置圆柱形滚动轴承, 使工件与模具在拐点位置是滑动摩擦, 从而减小工件弯曲时的应力避免断裂产生;同时在模膛内添加润滑油, 避免工件擦伤;
(2) 采用分级压制成型, 压制先后顺序为:先压制拐点4、3, 再采用分级模压制拐点2, 最后压制拐点1, 避免因拐点1、3被顶死导致拐点2断裂。
4 实施效果
分级压制的方法要求模具的结构非常复杂, 在压制过程中很容易出现卡死的现象, 因此建议采用工件与模具为滑动摩擦接触的方法。我公司采用此方法后, 锚固件弯制一次交检合格率达到98%以上。
5 前景
Solidworks是三维造型软件已被广泛应用于参数化设计领域、DEFORM-3D是一套基于工艺模拟系统的有限元系统 (FEM) , 专门设计用于分析各种金属成形过程中的三维 (3D) 流动, 提供极有价值的工艺分析数据, 有关成形过程中的材料和温度流动。利用S o l i d w o r k s和DEFORM3D结合对模具设计进行分析, 预知模具设计中的误区、可能出现的缺陷, 可以改进模具结构、完善模具设计。
参考文献
[1] T.阿尔坦等.现代锻造设备、材料和工艺[M].北京:国防工业出版社, 1982.
[2] 张志文.锻造工艺学[M].西安:西北工业大学出版社, 1988.
[3] 卢险峰.冲压模具设计[M].北京:中国模具设计大典编委会, 2002.
弯曲分析 篇2
张钫 张平萍
（国家金属制品质量监督检验中心 郑州 450007）
摘要 本文通过对钢丝绳弯曲疲劳机的选择，弯曲滑轮，试样弯曲频率、包角，张力等影响钢丝绳弯曲疲劳试验结论的几个重要因素进行了分析，根据质检中心日常试验过程中对钢丝绳弯曲疲劳试验方式的总结，建议用户进行钢丝绳弯曲疲劳试验时应模拟钢丝绳使用现场的情况。
关键词 钢丝绳，弯曲疲劳试验机，GB/T12347-1996
The application of steel wire rope—Bending flatigue testing
Zhang Fang Zhang Pinping
(China National Steel Wire Products Quality Supervision & Testing Center zhengzhou 4
50007)
Abstract The paper analysis the selection of the bending flatigue machine,bending pulley, the frequency of sample bending , the angle of steel wire rope revolving around the bending pulley, the tension of steel wire rope ect.These factors are important for the result of the steel wire rope—bending flatigue testing.According to the test of steel wire rope—bending flatigue in our ordinary work,we pose the suggestion for user that the steel wire rope—bending flatigue testing should simulate the scene of the steel wire rope using.Keywords steel wire rope, the machine of steel wire rope –Bending flating testing, GB/T12347-1996
随着社会的发展和科技的进步，钢丝绳的使用场合越来越多。钢丝绳的弯曲疲劳寿命成为许多工程设计和使用人员关心的问题。我国现行的GB/T12347-1996规定了钢丝绳弯曲疲劳试验方法。它作为一种通用的钢丝绳弯曲疲劳试验方法的标准，并未完全包罗所有的钢丝绳弯曲疲劳类型，同一根钢丝绳的具体使用场合不同，使用的方式不相同，那么它的弯曲疲劳寿命也不相同。在实验室为了更加逼真的反映钢丝绳弯曲疲劳寿命，就要求我们的钢丝绳弯曲疲劳试验方法也不能完全按照GB/T12347-1996执行,应该在理解GB/T12347-1996的基础上加以应用。
钢丝绳广泛使用在煤矿，港口，航空，航天，汽车，摩托车等许多重要的场合。钢丝绳的疲劳试验如果完全按照现行的标准去实施，那么其试验结果将难以准确的反映应用情况。为此从以下几个方面进行讨论： 1 钢丝绳弯曲疲劳试验机的选择
国内通用的钢丝绳弯曲疲劳试验机有A，B，C，D，E等5种型号，原理图参照GB/T12347---1996。国外还有旋转疲劳试验机，行星式疲劳试验机，回转弯曲疲劳试验机等形式。国内还有模拟实际应用如起重机的钢丝绳疲劳试验机。
标准中推荐的疲劳试验机的选择主要是根据钢丝绳的直径，笔者认为在选择钢丝绳弯曲疲劳试验机除了标准推荐的方法，钢丝绳弯曲疲劳试验机还可以考虑模拟钢丝绳的实际现场应用情况，这样做就可以比较准确的测出钢丝绳的实际使用疲劳寿命。国内外都已经有这方面的经验，如美国奥梯斯（OTIS）公司模拟钢丝绳在电梯升降中使用的钢丝绳弯曲疲劳试验机，陕西咸阳钢管钢绳厂模拟钢丝绳在现场使用的钢丝绳弯曲疲劳试验机，以它们的科学性和准确度得到了客户的认可。
2试验过程中影响钢丝绳疲劳寿命的主要因素
2.1弯曲滑轮
弯曲滑轮是整个钢丝绳弯曲疲劳试验的关键部件，滑轮的材料，国内外标准大多建议采用工具钢，轮槽表面热处理表面硬度A、B、C型要求不低于HRC60，D、E要求不低于HRC40。在其他条件相同条件下，钢丝绳和滑轮的摩擦引起的钢丝绳磨损是影响钢丝绳弯曲疲劳寿命的主要外界因素，在实际的应用中，滑轮的材料多为普碳钢，硬铝，塑料，胶木等材质，这些材料制成的弯曲滑轮和试验采用工具钢材料制成的弯曲滑轮相比，两者同等条件下疲劳寿命是有差别的，笔者建议试验用弯曲滑轮的材料应尽可能的接近现场使用的滑轮的材料。弯曲滑轮的直径，外径，轮槽半径也是影响钢丝绳弯曲疲劳寿命的重要因素，要根据钢丝绳的具体尺寸确定，有很多钢丝绳为非标准直径，具体确定弯曲滑轮的直径，轮槽半径的方法参照GB/T12347-1996。
2.2 反复弯曲频率
标准中推荐A型弯曲疲劳试验机使试样在有效长度内每分钟平面双向反复弯曲60次，B型弯曲疲劳试验机使试样在有效长度内每分钟平面单向反复弯曲60次，C，D型弯曲疲劳试验机使试样在有效长度内每分钟平面单向反复弯曲45次，E型弯曲疲劳试验机使试样在有效长度内每分钟平面单向反复弯曲20次[1]。笔者认为在实际应用中钢丝绳的反复弯曲都不一定是固定的，有的要求频率高，有的要求频率低，有的甚至是一个循环周期内有快车---慢车---快车或者慢车---快车---慢车.我们按照客户的要求参照钢丝绳使用现场的情况确定钢丝绳的弯曲疲劳的频率，并且取得良好的效果
2.3疲劳次数
试样在有效长度内每分钟反复弯曲次数应当根据钢丝绳使用现场的反复弯曲次数乘上一定的安全系数即为弯曲疲劳试验的次数。
2.4 包角
标准中的钢丝绳绕过弯曲滑轮的包角基本上都是90度或者180度，实际应用中，由于使用的场合和方式，绕过弯曲滑轮的角度是多种多样的，包角的大小对钢丝绳弯曲疲劳寿命有直接的影响。在进行钢丝绳疲劳试验时试样绕过弯曲滑轮的包角尽量接近钢丝绳使用现场的包角，目前质检中心已经能够根据客户要求和钢丝绳使用现场做任何角度钢丝绳弯曲疲劳试验。2.5 张力
钢丝绳所受的张力根据使用的场合不同，种类也不相同，多数都是在卷取，弯曲，松开，伸直等交替状态下工作，钢丝绳不断受到拉力，压力，拉力等交变应力的循环作用，所以在试验过程中施加张力尽量模拟现场的受力。张力的大小也应当根据使用的场合的要求按照以下公式进行计算试样施加的张力植。
[1]
式中：F-------试样的最小破断载荷值，单位，kN；
F′----试样施加的载荷值，单位，kN；
K------安全系数，可参照相关的标准并根据钢丝绳使用的场合及方式自行设计。
2.6 环境温度 标准中推荐在一般情况下，试验应在10℃~35℃的室温下进行，如有特殊要求，试验温度应在23±5℃[1]。在钢丝绳的使用现场，温度是变化的，变化的情况也是多种多样，在试验过程中建议采用使用现场对钢丝绳弯曲疲劳试验影响最大的温度。结束语
上述几个方面是我们给客户进行钢丝绳的弯曲疲劳试验时，总结出的对试验结果有影响几个方面，质检中心已经接受很多单位的委托，根据客户钢丝绳使用现场的情况和要求做钢丝绳弯曲疲劳试验，试验结果用户比较满意，目前中心能够根据客户的要求做直径31mm以下各种类型的钢丝绳弯曲疲劳试验，中心装备有A，B，D，E型等型号钢丝绳弯曲疲劳试验机，钢丝绳弯曲疲劳试验机通过改造后能满足各种包角，各种弯曲频率的钢丝绳弯曲疲劳试验，还拥有奥梯斯（OTIS）疲劳试验机专门做奥梯斯（OTIS）电梯配套用钢丝绳的弯曲疲劳试验。
参考文献 GB/T12347-1996 钢丝绳弯曲疲劳试验方法
作者简介
张
钫
1980年生，国家金属制品质量监督检验中心助理工程师
张平萍
弯曲式深松犁性能试验分析 篇3
关键词：弯曲式深松犁；犁耕作业；犁底层；性能
中图分类号： S222.12+9文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）01-0354-03
收稿日期：2013-05-23
基金项目：新疆生产建设兵团工业科技攻关计划（编号：2009GG26）。
作者简介：张鲁云（1972—），男，新疆石河子人，硕士，助理研究员，主要从事农业机械设计与农机具制造研究。Tel：（0993）6683750；E-mail：zhangluyun1972@163.com。
通信作者：郑炫，研究员，主要从事农业机械设计与试验研究。E-mail：jiazhengxuan@sohu.com。机械化耕、整地是大田农业的基本作业之一，其目的在于疏松土壤结构、改善作物生长环境、清除地表残茬和杂草、消灭部分病虫害。近年来，随着我国农业机械化程度的提高，各种农业机械进地作业，土壤被车轮压实，再加之化肥、废旧地膜、滴灌带污染，多数耕地有效耕层仅为15 cm左右[1-3]，15 cm 以下是一层厚度为7～12 cm、容重超过1.5 g/cm3、硬度为普通耕层3倍的坚实犁底层。坚硬的犁底层阻碍了植株的根系发育和灌溉水分的渗透，造成了水资源的浪费，且不利于土壤的保墒。只有通过深松装置作业，才能彻底打破犁底层[4-6]，减小根系穿透阻力，改善作物生态环境，提高资源利用效率，增加作物产量。
新疆农垦科学院机械装备研究所针对我国目前的土壤结构特点和亟需的相应农业机械装备，研制了与大马力拖拉机相配套的新型弯曲式深松犁，该深松犁装在固定犁架上与拖拉机为悬挂式连接，机车在牵引犁具前进的同时将牵引力通过悬挂装置传递给犁具[7]，在土壤阻力、重力和机车牵引力的共同作用下，机具入土后达到工作深度，通过深松犁体与土壤间的剪切和摩擦力，出现相对位移，从而达到粉碎和疏松土壤犁底层的作用。
1材料与方法
1.1结构及特性
该深松犁具有独特的外形和犁体曲面（图1、图2），较传统的铧式犁牵引阻力小，加深耕层而不翻转土壤，彻底打破犁底层，提高土壤蓄水保墒能力。新型弯曲式深松犁的推广使用，能较好地改善农田土壤种植状况，对我国农业的发展有着积极的推动促进作用，因而有着广阔的市场推广应用前景。
1.2试验仪器设备及环境
1.2.1试验仪器设备[8]量程10 m、精度1 mm的钢卷尺；量程50 m、精度1 mm的皮尺；量程1 m、精度1 mm的板尺；LEGRIA HFR 38型数码摄像机；TDR300型土壤水分率测量仪；SC900型数字式土壤坚实度测量仪；配套动力为东方红1204拖拉机。
1.2.2试验环境2013年4月28日，在新疆维吾尔自治区石河子东开发区荒地进行试验。试验地为新疆黏性土壤，掺杂少量热电厂煤灰粉尘，前茬种植作物为小麦，面积约 20 hm2。随机选择5处地点，测定试验地土壤含水率见表1，测定土壤坚实度见表2。
1.3犁体调节试验
1.3.1調节悬挂装置销轴位置如图3所示，调节犁体大架与拖拉机悬挂装置销轴位置进行犁耕作业。
1.3.2调节固定座螺钉位置如图4所示，调节犁体与固定座螺钉位置进行犁耕作业。
1.3.3犁体增加配重如图5所示，在犁体大架上站3个人（约200 kg）进行犁体加重犁耕作业。
1.3.4调节犁体之间相对距离如图6、图7所示，拆除1组犁体，将两犁体之间距离由40 cm调至50 cm进行犁耕作业。
1.4犁耕现场挖掘、测量
如图8所示，经机车牵引装有深松犁的机具，分别进行6个行程的作业，每个行程约600 m。经机车牵引深松犁进行现场作业后，对犁耕的土地用铁锹进行现场挖掘清理，并测量。
2结果与分析
2.1深松犁工作状况
犁体增加配重，耕深效果不明显（图5）；拆除1组犁体，增加犁体之间的相对距离，杂草拥堵情况有所好转，犁耕深度也达到了最大位置（图6、图7）。经过犁体调节，最终深松试验效果较好，最大犁深50 cm，深松区底部波动起伏较小，仅为7.5 cm，犁耕幅宽260 cm，取得了较为理想的测试效果（图8、图9、表3）。
2.2深松犁测试结果
（1）与传统铧式犁相比，耕后土壤表面动土量较小，较好地保持了土壤墒情，减少了水分挥发，有利于实施保护性耕作。
（2）深松犁最终犁耕深度达到50 cm，取得了预期设计的效果，有效打破了犁底层，改善了土壤结构，有利于作物根系生长发育。
（3）通过悬挂装置销轴和固定座螺钉位置移动对犁体与地面角度进行调节，最终确定犁体入土最佳角度为10°～15°。
（4）将两犁体之间距离最终定为50 cm，可有效减小深松犁牵引力，减轻地表植被、残茬拥堵情况。表3深松犁测定结果
类别1作业速度
（km/h）1入土行程
（m）1深松深度
（cm）1深松稳定性
（%）1犁耕幅宽
（m）135 cm以下松土范围
（cm）技术指标1>5.51≤4.5130～401≥8012.315测定结果16.214.23150190.612.6115
（5）将前后2组犁体之间距离由30 cm调为45 cm，可有效减小犁体间的互动干扰，改善犁耕状况。
nlc202309041919
（6）本试验中东方红1204拖拉机因动力不足2次熄火，建议使用大马力拖拉机牵引深松犁。
（7）根据耕作土壤实际情况和牵引机车动力，确定深松犁数量和相互之间距离、方向，以达到最佳耕作效果。
3小结与讨论
深松作业是一项基本的保护性耕作技术[9-12]。当犁耕深度达到30 cm以上时，犁底层被彻底打破，土壤得到疏松，降低了土壤容重，提高了灌溉水入渗量，扩大了土壤水库容。新疆维吾尔自治区属于典型的温带大陆性干旱气候，年均降水量仅为 155 mm 左右，通过深松可将作物生长期内有限的降水最大限度地蓄积在土壤中，变不均匀的降水为稳定的土壤供水。深松作业打破了犁底层[13-16]，作物根系穿透阻力下降，易于下扎。主根系深度的增加，不但可以从土壤中吸取更多的水分，还可以获得较多的养料，从而促进作物地表部分的生长发育，增加产量。
新疆农垦科学院机械装备所研制开发的新型弯曲式深松犁满足了上述需求，通过实地测试证明，该深松犁彻底打破了犁底层，耕后土层断面形成“上虚下实，左右虚实相间，底部有鼠道”的良好土体结构。现场测量结果表明，该深松犁最大耕深已达到国外同类机具的水平[17]，如美国约翰.迪尔公司900V型机械式深松犁和德国劳尔公司生产的悬挂式深松犁，最大耕深一般就为50 cm左右。因此，该深松犁处于国内领先技术水平，希望以后通过大面积推广使用，积极促进我国农业发展。
参考文献：
[1]何进，李洪文，高焕文. 中国北方保护性耕作条件下深松效应与经济效益研究[J]. 农业工程学报，2006，22（10）：62-67.
[2]郭新荣. 土壤深松技术的应用研究[J]. 山西农业大学学报：自然科学版，2005，25（1）：74-77.
[3]曹敏建，于海秋，杨玉辉，等. 辽宁省玉米生产存在的突出问题及其解决途径[J]. 玉米科学，2009，17（5）：164-165.
[4]Ross C W. The effect of subsoiling and irrigation on potato production[J]. Soil & Tillage Research，1986，7（4）：315-325.
[5]高焕文，李洪文，王兴文. 旱地深松试验研究[J]. 干旱地区农业研究，1995，13（04）：126-133.
[6]高焕文，李问盈. 保护性耕作技术与机具[M]. 北京：化学工业出版社，2004：54-55.
[7]郑炫，贾首星，秦朝民，等. 1GY-4型耕耘整地复式作业机的研制[J]. 新疆农机化，2011（1）：35-38.
[8]李杞超，陈海涛，纪文义. 大豆窄行密植平作高速氣吸式精密播种机性能试验[J]. 农机化研究，2013（4）：163-167.
[9]廖植樨，邓建，谷偈白，等. 全方位深松机对土壤物理化学性质的影响[J]. 北京农业工程大学学报，1995，15（1）：18-24.
[10]肖继兵，孙占祥，杨久廷，等. 半干旱区中耕深松对土壤水分和作物产量的影响[J]. 土壤通报，2011，42（3）：709-714.
[11]马耀光，张保军，罗志成，等. 旱地农业节水技术[M]. 北京：化学工业出版社，2003：100-101.
[12]秦红灵，高旺盛，马月存，等. 两年免耕后深松对土壤水分的影响[J]. 中国农业科学，2008，41（1）：78-85.
[13]王晓燕，高焕文，李洪文，等. 保护性耕作对农田地表径流量与土壤水蚀影响的试验研究[J]. 农业工程学报，2000，16（3）：66-69.
[14]Pikul J P，Aase J K. Water infiltration and storage affected by subsoiling and subsequent tillage[J]. Soil Science Society of America Journal，2003，67（3）：859-866.
[15]李洪文，高焕文. 可调翼深松铲试验研究[J]. 北京农业工程大学学报，1995（2）：33-39.
[16]何进，李洪文，毛宁，等. 玉米免耕播种机深松联合作业试验研究[J]. 农机化研究，2004（6）：163-166.
[17]时均莲，邱立春. 国内外深松技术及深松机具概况[J]. 农业机械，2005（3）：58-59.万畅，李文春，李国礼. 采棉机采摘头高度控制系统及故障诊断研究[J]. 江苏农业科学，2014，42（1）：357-359.
管材弯曲成形专利技术分析 篇4
管材弯曲成形专利技术分析
本文对管材弯曲成形技术领域专利进行了定量分析, 包括对专利申请量、专利申请类型、专利申请人等方面的分析, 大体可以概括国、内外在管材弯曲成形技术领域的发展概况, 以便通过国外在该技术领域的发展情况, 分析发现我国在该技术领域中的不足, 加快国内管材弯曲成形技术领域的发展。本文主要在CNABS、VEN数据库中针对分类号B21B7/00、B21D9/00下的关于管材弯曲成形的专利进行了检索并进行了统计分析。
中国专利申请分析
管材弯曲技术领域的国内专利申请分为以下三个阶段:
(1) 缓慢发展阶段 (1986-2000) :2000年之前国内申请量很少, 总数不达5件, 发展缓慢, 在此期间检索到国内管材弯曲技术的专利申请最早出现在1988年;
(2) 快速发展阶段 (2001-2010) :2001年开始申请量增长较快。2006-2010年的申请量几乎是2001-2005年的两倍;
(3) 迅猛发展阶段 (2011-2015) :2010年至今, 管材弯曲技术国内的专利申请量占总申请量的65.2%以上, 是2001-2005年申请量的10倍以上, 是1986-1990年最初几年的申请量的100倍, 申请量惊人。
在CNABS中采用PA进行限定, 对国内专利申请的申请人分布进行统计, 结果如表1所示。从表中可以看出国内申请前10中日本的申请人有3位, 其中排名第一的是日本的三樱工业株式会社, 排名第二的是西北工业大学, 排名第三的是哈尔滨工业大学。中国的管材弯曲专利的申请主要集中在高校, 检索该技术领域时可以考虑检索非专利库的硕博论文和相关期刊。
国外专利申请量
在VEN数据库中以CC字段限定国家, 分析该领域的专利申请量国家分布情况, 可以看出, 专利申请量位于第一的是日本, 且日本的专利申请量占了绝对领先的地位, 远多于排名第二的美国和第三的中国, 德国排名第四。管材弯曲技术在日本得到了较好的发展, 另外在美国、德国也获得了良好的发展, 同时也不能忽略管材弯曲技术在欧洲各国的发展。一般情况下, 在某项技术中拥有的专利较多的国家在这项技术上的原创技术就越多。可见日本在该技术领域的研发能力和技术实力是最强的。因此, 当遇到有关管材弯曲技术领域的专利申请时, 在检索中文库和VEN数据库的专利文献后, 可以重点检索日本的专利, 尝试着使用FI、FT分类进行检索。
在VEN数据库中以APD字段限定申请日, 可以分别统计管材弯曲技术领域专利申请量随时间的变化情况, 如图3所示。总体上看, 1986年以来, 关于管材弯曲技术的专利申请有了一定程度的增长, 但是前期和后期都比较平稳, 只是在2000-2005年有了较大幅度的增长, 2006-2010年申请量较2001-2005年的申请量有所下降, 2011年-2015年又重新出现一定幅度的增长。
不同弯管方法的专利申请量比较
为了对压弯、推弯、滚弯和绕弯等弯管方法的技术发展进行分析, 主要在CNABS数据库中对上述四种弯管方法的专利申请进行了统计分析, 并绘制了不同弯管方法的专利申请量的比例图, 从图4可以看出, 2000年以前, 上述四种弯管方法的申请量均较少, 2000年以后申请量迅猛提升, 这也与前面统计的弯管领域专利申请量逐年变化的趋势相吻合;另外可以看出, 推弯和绕弯方式作为主要的弯管方法其申请量远大于另外两种弯管方法, 这与不同具体弯管方法的应用范围有关, 其中, 压弯方法简单易行, 无需特殊的成形设备, 设备和模具的投资较小, 生产效率高, 但是, 其存在成形精度不高的缺点, 其一般用于形状简单, 壁厚较大的管材, 同时压弯角度不宜过大, 这些缺点限制了压弯的应用的场合, 同时滚弯适用于曲率半径要求大的厚壁管件, 因此压弯和滚弯的局限性也导致其专利申请量相比于推弯和绕弯较少, 新兴技术较少;而推弯和绕弯的应用范围较广, 技术发展较快, 专利申请量也较多;另外从图5可以看出, 绕弯式弯管的专利申请量最多, 因此对绕弯式弯管进行了更细致分析, 绕弯式弯管分为手工弯管和弯管机弯管两种方式, 从图中可以看出两种弯管方式的比例相当, 其中绕弯式手工弯管因为其灵巧方便, 适用领域较广, 在一些场合有着不可替代的作用, 因此绕弯式手工弯管近年来的专利申请量也维持在一定水平;从推弯弯管和绕弯式弯管机的专利申请来看, 目前智能化和自动化的数控弯管机已逐渐取代传统的普通弯管机, 现有自动弯管机正在向极端制造方向发展, 一是越来越高大, 二是越来越细小, 三是越来越复杂, 生产工艺高度集中。
结语
管材的弯曲广泛应用于机械、石油化工、航空航天、管道工程、电器等领域, 不同领域用到的管材的弯曲方法有所差别, 这也使得不同弯管方法的技术发展路线有各自的特点。而在同一领域, 我国与日本以及美国、德国等欧美国家仍存在着一些差距, 无论是专利技术还是撰写都有待提高。
弯曲分析 篇5
商用车驾驶室弯曲工况力学性能分析与测试方法研究
对商用车驾驶室弯曲工况进行分析,提出弯曲工况的边界条件和载荷条件.根据弯曲工况的约束和载荷条件,提出进行弯曲工况力学性能分析的`试验方案和试验设备.对某型商用车弯曲工况的刚度和强度进行测试,并对测试结果进行了分析.
作 者：王少军 徐海英 丁飞 WANG Shao-jun XU Hai-ying DING Fei 作者单位：王少军,徐海英,WANG Shao-jun,XU Hai-ying(安徽华菱汽车股份有限公司,马鞍山,243061)丁飞,DING Fei(湖南大学,长沙,410082)
刊 名：汽车科技 英文刊名：AUTOMOBILE SCIENCE & TECHNOLOGY 年，卷(期)：2010 “”(3) 分类号：U463.81 关键词：驾驶室 弯曲工况 测试方法 刚度 强度“弯曲”的解义 篇6
《弯曲的脊梁》有个副标题：“纳粹德国和民主德国时期的宣传活动”。书名来自前民主德国著名的“国家赞美诗”作者贝希尔，贝希尔此时正身兼文化部长之职，这首名为《烧伤的孩子》的诗写于1956年赫鲁晓夫的秘密报告之后，但直到2000年——40多年后——贝希尔才将它公开出版。诗很短，我们录在这里：“那个脊椎已经受伤的他，别人很难让他相信，还能笔直地站立。受伤脊椎的记忆，让他恐惧。纵然治愈后，休息已足够长，并且不再有任何危险，会再次折断其脊椎。”接下来，书的作者这样写道：“国家社会主义和民主德国的马克思-列宁主义都花费了大量精力来弯曲，有时是折断人们的脊椎，它们都发现宣传是一个绝对必要的过程。”
这是一种我们极为熟悉的场景，以至于熟悉到我们对这个“弯曲”的过程常常不再有意识，同时，也常常忘记那被弯曲的脊椎其实是可以重新笔直地站立的。有时候我会以为，这种“弯曲”仅是我们，尤其是我们的上一代才特别经历的过程，1980年以后的孩子，至少会较少地有这样的问题。然而，实际的情况却恰好相反。
一项生存技巧
对于我们的少年时代，这种“弯曲”来自于对一种自我宣称的真理性意识形态的认同，我们生活在对未来的无差别美好世界的反复宣传中，生活在对领袖无限崇拜的反复宣传中，当然，同时也“由于这些信条声称永远正确，因而对赞同和一致性有着强烈的激情，导致它不断地被引诱来增加恐怖”，因此，我们同时也生活在不服从的恐怖之中。然而，由于这种“弯曲”的正当性尚隐约地等价于“对真理的服从”，因而一旦谎言被揭穿，一旦世界的精神被重新打开，一旦恐怖稍有解除，理性很快就会复苏，人们依旧可以笔直地站立，独立的思想立刻便奔走于大地。
但今天的“弯曲”却不再有伪装的真理性认同了，它直接来自于去政治化后的功利性考虑，它出自对国家机器和行政组织所拥有的无限力量的认同，“弯曲的脊梁”在今天已经成了一项生存技巧，就像哈维尔在“无权者的力量”一文中所描写的水果店和蔬菜店老板，现实的利益使他们顺理成章地承认“皇帝的新衣”，自觉却冷淡地与权力建立“一致性”。今天的“彎曲”过程除了宣传，更多地依赖于无所不在的国家体系，依赖于人们对权力和利益的默认，这就是更为糟糕的后极权时代。在这个时代，接受者也不再无辜，“弯曲”的过程，常常事先就得到了隐约的同意。
这是部传播学名著，最初是徐贲推荐的。徐贲这几年对国内的事情有两个主要的关注点，一个关于公共理性的建立，即我们能不能就公共问题在公共平台上进行理性的讨论，或者说，我们会不会讲道理？另一个则与这本书有关，即我们能不能学会分辨什么是宣传？听起来似乎都是常识，但其实，“弯曲的脊梁”是会忘记他其实是可以直立的。甚至，他会以为“弯曲”才是常态。西方的小学，五六年级的时候就有专门的课程，告诉你如何分辨这是“宣传”。宣传在他们那里从来不是一个好词，因为这意味着强迫，意味着诱使人们对某种事物的追随，但任何事物哪怕再美好的事物都没有权力剥夺人们的独立思考，更不用说所有的全称命题一定为假。然而在我们这儿，自我审查往往会逐级放大，新闻系的学生则会质疑老师：这样的新闻是正面的还是负面的？殊不知这正是“宣传”的观念。
石油套管弯曲变形的仿真分析 篇7
1 套管弯曲变形的仿真模型
1.1 套管的材料参数
根据油田常用套管钢级主要有N80、J55及P110等情况,选取不同钢级、不同尺寸的套管进行有限元仿真分析。具体的套管材料、尺寸和性能参数见表1。
1.2 有限元模型的建立
套管弯曲变形问题属于典型塑性大变形的非线性力学问题。尽管非线性分析远比线性分析复杂,但是大致的分析过程基本相同。计算套管弯曲变形主要分三个步骤:首先根据套管弯曲变形的力学模型建立其有限元模型,然后根据变形状态加载荷载步求解,最后验证套管变形的仿真结果。
根据井下套管弯曲变形的受力条件,绘制出套管弯曲变形受力的示意图(见图1),同时建立了套管弯曲变形的有限元模型[3,4,5](见图2)。该有限元模型在套管的两端进行约束,在套管的中部的一侧面加载如图1中P所示的作用载荷。
3 套管弯曲变形过程仿真
为了清楚地显示套管在某一段受到侧向力的变形过程,选取计算过程中的几个典型载荷步,截取套管变形过程中相应的von Mises等效应力变化云图,如图3所示,变形比例采用1:1,从整个加载过程可以清楚看到套管应力变化以及变形的方向与大小。
从仿真过程可以看出:
(1)从套管变形的过程中的最大等效应力来看,随着侧向载荷的增加,套管的von Mises等效应力的值越来越大,而且应力集中的现象也越来越明显。
(2)从套管的变形趋势来看,随着侧向载荷的增加,套管变形越来越明显,套管的变形经历了一个从弹性形变到塑性形变的变化过程,最后套管弯曲呈摇把状。
4 仿真结果及分析
选取一种参数套管(钢级:J55,外径:139.7mm,壁厚:6.20mm,加载长度:1m)为例,根据有限元计算套管在不同荷载下所产生等效应力及变形大小,绘制套管承受侧向荷载P与套管变形最大位移的关系曲线如图4所示。
同时为了研究侧向荷载、工作应力与套管变形三者之间的相互关系,将套管变形过程中相关对应参数列于表2。
根据该种参数套管的弯曲变形计算结果可知:
(1)套管的弯曲变形经历了一个由弹性变形到塑性变形的过程。随着侧向载荷的增加,套管在弹性阶段变形很小,一旦进入了塑性变形阶段,套管变形迅速增加,套管的承载能力迅速下降。
(2)当侧向载荷增加到6.5MPa时,套管最大变形为4.5410mm,是套管变形由弹性进入塑性的转折点,此后套管的流动性迅速增加,套管出现了局部屈服,但是套管并没有完全破坏,可以继续使用。
(3)当侧向载荷增加到6.8MPa时,套管最大变形为10.6411mm,由于此时套管随载荷的增加变形量迅速增加,套管的安全性较差,同时考虑到井下套管中配套油管的存在,推荐不再继续使用,需要及时采取套管修复措施。
为了便于进一步进行研究,将不同规格的仿真分析结果列于表3,其中,J55-139.7-7.72代表钢级:J55,外径:139.7mm,壁厚:7.72mm的套管。同一规格套管选取了两组变形过程中的典型参数,第一组参数为该种规格套管开始出现局部屈服的相关数据,第二组参数为该种规格套管开始出现较大弯曲变形的相关数据,此时应该及时采取套管的修复措施,因为套管的弯曲变形已经影响到了套管正常通径,不可再继续工作。
同时,从不同规格的套管仿真结果可知:(1)在同一个尺寸规格下,P110套管、N80套管、J55套管的抗弯能力依次递减,而且在相同的弯曲变形下,可靠性也依次递减;(2)在同一钢级套管中,相同外径的套管,壁厚值越大的套管抗弯能力越强,然而,在相同的弯曲变形下,壁厚越厚可靠性越差,即变形的耐受度反而降低了。
5 结论
随着服役年限的增长,井下服役的套管都会经受不同程度的损坏,本文针对套管在井下发生弯曲变形损坏情况,选取多种规格服役套管套管进行了全面详细的计算,为现场评价井下套管的服役状态,提供了有效的理论依据。
井下套管弯曲变形的必要条件是套管周围掏空或失去约束;地层运移和骨架塌陷是造成井架套管变形损坏的重要条件;井架套管掏空高度越高,套管发生弯曲变形所需的外力越小;井架套管掏空高度越高,套管发生弯曲变形横向偏移量越大。所以在实际生产中一定要预防套管弯曲变形发生的条件的出现。
摘要：利用有限元法建立了井下套管弯曲变形的非线性力学模型,通过对油田常见不同规格套管弯曲变形的仿真分析,得到了不同弯曲状态下的作用荷载、工作应力以及位移的相关关系。分析结果表明,随着侧向荷载的增加,套管弯曲经历着一个从弹性变形到塑性变形的时间历程,通过测量套管弯曲变形状态可以有效地判断井下套管的服役状态。该结果为现场采取合理有效的套管修补措施提供了有效的理论基础。
关键词：ANSYS,套管,弯曲变形,套管损坏,仿真
参考文献
[1]崔孝秉,宋治,岳伯谦,等.注水开发油田套管损坏的机理研究[J].石油学报,1993,14(3):93-101.
[2]宋治.油层套管损坏的原因分析及预防措施[J].石油钻采工艺,1985,1:9-14.
[3]吴疆.油气井管注弯曲失稳问题的探讨[J].钻井工艺,1985,1:16-20.
[4]张百龙、王振华.围岩压力下套管承载能力的研究[A].石油机械,1987,10:22-25.
金属蜂窝夹层结构弯曲性能分析 篇8
蜂窝夹层结构具有比强度高、比刚度大等优点, 因而在卫星、飞机、轮船、汽车、桥梁建造等领域被广泛的应用并不断快速增长。由于蜂窝夹心结构的复杂性和设计的多样性, 在研究其力学性能时一开始就对其进行比较系统详尽的分析存在较大的困难。出于计算效率的原因, 在分析蜂窝夹芯结构人们更倾向于将其等效成为板或是壳模型, 而并非去考虑其真实的微观结构。目前人们对蜂窝夹芯等效参数的确定大多都是基于Gibson和ashby[1]的研究工作。富明慧, 尹久仁[2]和王颖坚[3]在Gibson和Ashby的基础上分别考虑了蜂窝壁板的伸缩变形的影响和蜂窝壁弯矩的作用, 对Gibson公式作了适当的修正。Chang和Ebcioglu[4]以及Kelsey[5]等在对六边形蜂窝格子的有效地横向剪切模量进行了开创性的工作, 后人[6,7,8,9,10]又对六边形和其他二维的多孔结构的有效弹性常数的研究大量的研究工作。
1 金属蜂窝夹层结构的三点弯曲试验
蜂窝夹层结构在承受三点弯曲载荷时, 结构的上面板和下面板分别承受拉伸和压缩载荷作用, 而蜂窝芯子主要承受的是剪切载荷, 并且在压头附近的局部区域承受平压载荷作用。图1给出了蜂窝夹芯结构在弯曲载荷作用下的破坏过程, 在弯曲在载荷作用下, 由于面板相对于芯子厚度较大, 所以在整个加载过程中, 面板没有出现致命性的破坏模式。结构主要有芯子屈曲破坏、芯子分层破坏以及芯子剪切破坏等几种破坏模式。加载过程中蜂窝芯子首先出现屈曲变形 (如图1 (a) 所示) 紧接着在压头附近出现屈曲破坏以及面板的皱曲、芯子屈曲 (如图1 (b) 所示) 或是芯子的剪切破坏 (如图1 (c) 所示) 直至结构达到整体失效。
通过测试不同面板厚度的蜂窝夹层结构的弯曲性能, 我们发现面板厚度不同, 结构的破坏模式也不尽形同。对比破坏形态图2可知, 当面板厚度较薄时, 由于蜂窝芯子的约束作用, 上面的薄板较容易受压屈曲, 发生屈曲破坏, 因而导致最终的整体破坏, 当面板厚度较大时, 上面板虽然也受压缩载荷的作用, 但是由于厚度较大, 不易发生屈曲破坏, 因此结构最终破坏模式主要以芯子破坏为主。
2 金属蜂窝夹层结构的弯曲性能数值模拟
2.1 计算模型
有限元模型:
应用ABAQUS有限元软件, 采用ABAQUS自带的金属延性损伤模型对蜂窝夹层结构的侧压力学性能进行数值模拟。本文中的所使用的蜂窝夹层结构的数值模型如图3所示。
2.2 面板厚度对弯曲性能的影响
2.2.1 破坏形态
本小节探究了不同面板厚度对结构弯曲力学性能的影响, 模拟计算了0.12mm、0.24mm、0.50mm和1.0mm四种不同面板厚度的的弯曲响应。图4列出不同面板厚度的结构破坏形态, 可以看出随着面板厚度的增加, 面板屈曲现象会逐渐减弱乃至最后消失, 并且面板厚度越薄越易屈曲, 这与图2所示的试验结果一致。
2.2.2 载荷位移曲线
不同面板厚度的载荷-位移模拟结果如图5和表1所示。随着面板厚度的增加, 结构的承载能力也随之增加。面板厚度较大时, 其对弯曲最大载荷随厚度的变化较平缓, 在面板厚度较小时, 面板厚度对最大载荷的影响较为突出, 这主要是因为, 当面板厚度较小时, 加载过程中面板非常容易出现局部屈曲的破坏模式, 根据Allen[11]模型可知面板是承受弯曲载荷的主要结构, 因而面板的屈曲会显著地影响结构的承载能力, 而面板厚度较大时, 则不会出现局部破坏的现象, 所以在面板厚度达到一定之以后, 极限载荷变化相对平缓。
2.3 焊接角度对弯曲性能的影响
2.3.1 破坏形态
本小节探究了不同焊接角度对结构弯曲力学性能的影响, 模拟计算了90、80、70和60四种焊接角度的的弯曲响应。图6列出不同焊接角度结构的破坏形态。由图6可以看出, 由于倾斜的芯子在受力时会容易对面板产生压缩效应, 所以有一定倾斜角度的结构上面板会更容易发生屈曲, 与垂直焊接最大不同的是, 有一定倾斜角的结构是在上面板处破坏。
2.3.2 载荷位移曲线
不同焊接角度的载荷-位移模拟结果如图7和表2所示, 可以看出焊接角度对弯曲性能在线弹性阶段的影响并不是非常明显, 则主要是因为在弯曲载荷的作用下, 芯子结构主要起到一个支架的作用, 本身并不承受太大的载荷, 因而在改变芯子结构的时候只要不改变芯子的有效高度, 结构的承载能力并不会受较大影响。对比发现不同的焊接角度对结构的弯曲强度有一定影响, 焊接角度为70度时结构承载能力最弱。
3 结论
3.1 通过力学性能测试, 得到了夹芯结构在弯曲载荷下的破坏形貌、不同面板厚度的结构的破坏模式的差异以及几种主要破坏模式 (包括面板局部屈曲破坏、塑性变形、芯子屈曲破坏、芯子分层破坏以及芯子剪切破坏) ;
3.2 通过数值模拟分析可知:随着面板厚度的增加结构承载能力加强, 且承载能力随厚度非线性变化;不同的焊接角度对结构的线弹性性能影响较小, 焊接角度为70度时结构承载能力最弱。
摘要：本文通过力学实验和有限元模拟方法研究了金属蜂窝夹层结构的静态力学性能。通过三点弯曲试验分析了不同结构参数下的破坏模式;通过有限元方法模拟了不同面板厚度、不同焊接角度的蜂窝夹层结构的弯曲性能。
矩形截面铝型材弯曲成形特性分析 篇9
1现阶段我国对矩形截面铝型材所进行的研究
由于矩形截面铝型材应用的范围越加广泛, 学者对其研究也逐渐增多, 现阶段我国对此种材料的研究主要集中在材料拉弯上, 另外, 还有很多学者对矩形截面铝型材的截面畸变、力度大小进行了探讨, 另外, 还一些学者依据现实经验, 对矩形截面铝型材的弯曲成形展开了与之相对应的模拟实验。除此之外, 某些研究者应用柔性芯轴的方式, 对矩形截面铝型材的截面变形程度展开了调查研究, 还有学者致力于研究引起截面畸变的原因, 但是截至目前为止, 我国的学者对矩形截面铝型材弯曲成形的变化规律还未展开更为深入的研究。
2矩形截面铝型材弯曲实验和有限元模拟
2.1此次研究所应用的矩形截面铝型材是轨道客车铝合金, 通过单项拉伸实验, 研究人员对此种铝合金的应力以及应变性能都有多了解, 同时经过多次的实验研究, 对该材料的性能有所掌握。其主要的性能参数数据如下:弹性模量为69GP矩形截面铝型材, 抗拉强度达到了220.45MP矩形截面铝型材等。
2.2通过上述研究, 实验人员对样品性能等已经有了初步的了解, 接下来实验人员利用三点实验方式来获取更多的信息。实验期间, 应用的设备是伺服压机, 该设备经过详细的处理, 完全能够达到实验要求, 在实验中将弯馄的半径设置在350mm左右, 将伺服压机的夏亚量也分别按照试验的要求进行设计, 将其分别控制在20mm、30mm、40mm和50mm、60mm, 这些工作都完成以后要进行三点弯曲实验。
相关人员为了能够更加准确的对铝合金型材弯曲的变化特征进行了解和研究, 采取了有限元的方案对其进行了研究, 对于相同截面的铝合金型材有限元模型, 在研究的过程中采用的是壳单元, 为了能够使得研究结果更加准确, 实验人员将摩擦系数设定在0.13。
2.3实验与模拟结果。在研究人员经过了仔细的研究之后, 得出了实验的模拟结果, 最大值分别是6.8%、8.5%/、5.6%, 说明实际的实验过程得出的数据和模拟实验中得出的数据基本上处于一个水平。实验结果表明, 材料上面的塌陷量和材料下面的上凹量以及侧面的形变量都会随着下压量的增加而增加, 型材的畸变非常明显, 这也证明在实际的应用中, 压头的下压量越大, 其畸变量也就越大。
3截面畸变规律
铝型材截面高度和宽度都会对型材的弯曲成型产生十分重要的影响, 这在实验中也得到了很好的体现, 同时在弯曲实验当中也体现出了有限元模型的准确性, 为了能够更加有效的认识铝型材截面随着宽度和长度变化的规律, 在实际的研究工作中采用了实验和有限元有机结合的方法, 针对不同类型的截面和不同程度的下压量进行了模拟研究和分析。
对材料A16005T4型号为J60×40×3、J60×45×3、J60×50×3、J60×55×3和F60×60×3铝型材的弯曲过程模拟结果进行测量, 得到不同形状型材的畸变量, 宽度相同但高度不同矩型型材的上面塌陷率、下面上凹率和侧面外凸率, 由相关的研究数据可知, A16005T4铝合金型材上面塌陷率、下面上凹率会随着弯曲程度的增大而增大, 而几乎不受型材高度的影响。侧面外凸率会随着弯曲程度的增大而增大, 型材高度越大, 侧面外凸率越大。可以对不同高度和宽度的截面畸形状况进行研究, 实验人员为了能够更好的保证关系式的准确程度, 实验人员选择了两个高度完全不同的型材进行了模拟, 同时还对实际的实验结果和模拟结果进行了严格的比对和分析, 预测结果和模拟结果有着很好的一致性。这也就说明建立的关系式是比较严谨准确的。
测量材料为A16005T4, 型号为F50×50×3、J55×50×3、J60×50×3、J65×50×3、J70×50×3铝型材的弯曲过程模拟结果, 得到不同形状型材的畸变量。结果表明下面上凹率和侧面外凸率随着弯曲程度的增大而增大。
4结论
综上所述, 可知笔者针对矩形截面铝型材的特点, 选择应用了实验与模拟有机融合的分析方法, 对其弯曲成形特性进行了详细的分析。并且在研究过程中, 研究者经过大量的数据计算以及严密的分析, 研究出了矩形截面铝型材的形变规律, 具体如下:
第一, 因为在实验与模拟的过程中, 模拟结果与实验结果基本一致, 由此表示出选择应用有限元模拟方式来研究矩形截面铝型材弯曲成形的特性十分可行;第二, 如果截面宽度没有任何的改变, 铝型材上面会出现塌陷, 下面会出现上凹现象, 但是塌陷与上凹的程度如何, 直接与弯曲程度息息相关, 其与型材高度没有产生任何的影响, 但是型材侧面外凹率却与高度密切相关;第三, 如果型材的高度保持不变, 则型材的塌陷率、上凹率、外凹率都与型材宽度密切相关, 上述三者与宽度都呈现出二次函数的关系, 换言之, 宽度越大, 型材就容易出现了畸变;第四, 一些学者通过多次的数值模拟, 找到了型材长度回弹值分布规律, 此次研究对日后的拉弯模具设计与制作提供了帮助;第五, 各种各样的工艺参数, 不仅影响着矩形截面铝型材弯曲特性, 而且此种影响还十分的复杂, 因为拉弯机在完成基本的实验之后, 会对零件产生不良的影响, 尤其是零件的曲率半径会产生回弹, 为了能有效缓解材料回弹变形, 实验人员在进行拉弯期间, 务必要做好精确控制, 以使其应力、应变速度都保持在一定的范围之内, 同时在矩形截面铝型材弯曲成形期间, 实验人员还需要加入相应的侧压力。
摘要：矩形截面铝型材具有多方面的特性, 因此其应用范围十分广泛。其中轨道客车生产领域中对这种型材的应用也较为常见。但是由于矩形截面铝型材质量非常轻, 因此在轨道客车生产期间会出现变形, 甚至直接畸形。为了能够有效的发挥出矩形截面铝型材的优势, 很多专业学者都对此种材料的弯曲成形特性进行了分析, 以便能够在日常的实践中指导应用。本文首先对国内对矩形截面铝型材进行的一些研究进行了介绍, 其次对轨道客车矩形截面铝型材的弯曲试验以及有限元数值模拟进行了探讨, 最后对截面畸变规律进行了研究, 提出工艺优化措施, 仅供交流应用。
关键词：轨道客车,金属型材成形,数值模拟,工艺优化
参考文献
[1]谷诤巍, 吕萌萌, 卢睿, 徐勇, 朱丽娟.铝型材弯曲成形截面畸变缺陷控制方法研究[J].汽车工艺与材料, 2012 (5) .
[2]张士宏, 肖寒, 刘劲松.整体壁板填料滚弯成形工艺研究[J].锻压技术, 2009 (2) .
[3]徐义, 李落星, 李光耀, 钟志华.型材弯曲工艺的现状及发展前景[J].塑性工程学报, 2008 (3) .
[4]刘郁丽, 杨合, 崔姗姗, 赵刚要.薄壁矩形管弯曲过程截面畸变的三维有限元分析[J].塑性工程学报, 2007 (3) .
弯曲分析 篇10
主动齿轮悬臂外套式安装是一种在铁道机车驱动装置上广泛采用的一种过盈联接方式, 如图1所示。该种联接方式结构简单、联接可靠[1], 但由于与电机轴过盈配合, 齿轮齿根处会产生较大拉应力, 如果在齿轮设计时忽略过盈配合的影响, 可能导致齿轮齿根强度不够, 在运用中发生断齿现象[2]。
因此, 在进行外套式薄壁主动齿轮设计时, 需综合考虑齿轮与电机轴的结合直径、结合长度和过盈量的选择, 既保证齿轮有效传递载荷又保证其强度满足使用要求。
下文以某型机车传动装置主动齿轮为例来分析研究外套式薄壁主动齿轮齿根弯曲强度。
2 齿轮结构及主要参数
图2为所研究齿轮的结构及外形尺寸, 齿轮内孔直径为d, 采用热胀法装配至电机轴上。齿轮材料采用18Cr Ni Mo7-6, 电机轴材料为42Cr Mo A, 齿形主要参数见表1。
3 过盈量的选取
齿轮与电机轴配合过盈量的选取与传递的电机扭矩、齿轮与电机的结合直径和结合长度等参数有关, 表2为过盈量计算相关参数。
根据GB/T 5371对齿轮和电机轴过盈量进行计算, 短路扭矩工况时, 计算出不同结合直径下最小过盈量与结合面压力, 见表3。
4 齿根弯曲强度的标准计算结果
根据表1齿形参数, 按GB/T 3480对齿轮齿根弯曲强度进行计算。以短路工况校核静强度, 以持续工况校核疲劳强度, 计算结果见表4。
5 齿根弯曲强度的有限元计算结果
5.1 有限元模型
利用UG软件建立齿轮和电机轴三维模型, 并将模型导入有限元分析软件ANSYS中, 利用ANSYS对模型划分单元格, 如图3所示。
边界条件:电机轴大端面施加全约束。
过盈联接:齿轮与电机轴之间设置过盈量。
载荷工况:齿轮载荷工况为空载、电机短路工况、持续工况、制动工况;电机扭矩通过齿轮啮合传递, 因此载荷施加在齿轮啮合线上, 啮合线取靠电机侧有效齿宽的80%。校核疲劳强度时, 载荷考虑齿轮使用系数KA、动载系数KV、齿向载荷分布系数KHβ、齿间载荷分布系数KHα和最小疲劳强度安全系数SFmin。
5.2 齿轮静强度校核
对齿轮与电机轴配合平均结合直径d为130 mm、120 mm、110 mm的模型分别进行计算, 齿根最大等效应力计算结果见表5。
计算结果表明, 不同结合直径的齿根弯曲静强度均满足要求, 但安全系数均低于按标准计算的值;空载时齿根最大等效应力已达307.8MPa, 在持续工况下, 过盈配合产生的应力成为主要因素之一。
5.3 齿轮齿根弯曲疲劳强度校核
根据机车运行特点, 机车牵引和电制动时, 齿轮产生交变应力。对某一齿根区域, 有两个相邻轮齿, 与齿根同侧的轮齿齿面啮合时, 齿根区域受拉应力最大, 两个轮齿另一齿面啮合时, 齿根区域受压应力最大。
根据上述分析, 按持续工况和电制动工况对齿轮疲劳强度进行评估。持续工况载荷施加在一齿根同侧齿面上, 齿根区域各节点取第一主应力, 持续和电制动工况载荷施加在相同轮齿的另一齿面上, 齿根区域各节点取第三主应力。
疲劳强度评价中, 选取齿轮使用系数KA=1.5、动载系数KV=1.133、齿向载荷分布系数KHβ=1.211和齿间载荷分布系数KHα=1以及弯曲疲劳强度安全系数SFmin=1.6。
齿轮与电机轴不同的结合直径d和不同过盈量情况下的Goodman疲劳极限图分别见图4、图5和图6。
对结合直径d=130 mm时, 降低过盈量对齿根进行疲劳强度计算, δe=0.18 mm, Goodman疲劳极限图见图7。
疲劳强度评估表明, 齿轮与电机轴平均结合直径d=130mm, 过盈量为0.21 mm时, 齿根弯曲疲劳强度不满足要求, 但降低过盈量或减小平均结合直径d时, 齿根弯曲疲劳评估均能通过。
6 结语
外套式薄壁齿轮由于内孔与电机轴为过盈配合, 在齿根产生较大拉应力时, 对齿根弯曲疲劳强度有较大的影响, 因此, 校核齿轮强度特别是齿根弯曲强度时必须考虑齿轮与电机轴过盈量的影响。同时, 通过选择合理的齿轮与电机轴结合直径、结合长度、过盈量以及提高齿轮材料的疲劳强度, 可解决外套式薄壁齿轮齿根弯曲疲劳强度问题。
参考文献
[1]陈国胜.弹性架悬式驱动装置的研究[J].机车电传动, 2011 (1) .
人心是弯曲的 篇11
“你有什么主动要交代的吗？”
“不，没有。我没有做过什么。”
“你以为国家安全局会将一个无辜的公民带到这儿来吗？”
这是《窃听风暴》（又译《他人的生活》，2006）里的开头部分。被审讯者涉嫌帮助邻居去了西德，这在当时的东德是一桩弥天大罪。有人将这个审讯过程录了音，作为给学生的示范教材。当录音带里放送出折磨和呻吟的声音，这位名叫魏斯曼的审讯官解释道：“如果这个人是无辜的，要么大喊大叫，要么哭泣；如果他沉默，就说明他知道自己为什么来这里，他是有罪的。”他显得非常有把握，也很称职。
然后就发生了那个著名转变。这个人被派去监视、窃听剧作家和演员（那对伴侣），他得以近距离观察艺术家的个人天地。他本人的生活枯燥乏味，住房单调得跟一座监狱差不多，四壁空空，下班之后他只有拿着遥控器看电视，甚至招妓。他希望妓女能够留下来陪他一晚，但是被拒绝了。没有人与他谈话，他没有朋友，不能听到自己内心的声音。而当他坐在窃听机器面前，眼前打开了另外一个新奇的世界。
他从剧作家的书桌上拿走了诗集，读到这样的句子：“初秋九月的每一天都是蓝色的/我们头顶着美丽干净的天空、云朵慢慢移动它的脚步/它是那样洁白无瑕/只要你从心底里相信/它就一直会在你的身边。”
当好友艾斯卡自杀，剧作家悲愤难抑，弹奏钢琴抒发自己的内心情感，琴键上跳跃着滚烫优美的音符，也让窃听者本人听得热泪盈眶。
为美好的事物而感动，魏斯曼先生内心的岩石开始松动。此前从来没有人教会他这些，没有人将他带到人类精神活动的瑰宝面前，没有机会让他接触到人心中最为柔软的部分。他是按照另外一个模式训练而成的，这对他是一个不幸，但是他还有救。
任何人可以从任何地方重新开始，寻求自身的救赎之路。就像年轻的导演兼编剧所说：“你是有选择的。”看到部长大人利用手中权力强占女演员时，魏斯曼感到本能的厌恶和拒绝。他良心的软骨并没有失效。
这个故事告诉我们，虽然一个人有他工作上的要求，有他职务上的使命，但是，一个人与他的工作，两者之间不可能不存在缝隙。因为人不是门板，不是那种失去了生命活力的死东西，仅仅作为实现他人意志的工具。作为一个人，有他与生俱来的良心，有他与生俱来的感受能力，有他基本的是非善恶判断，也同样有他自己对于历史的洞察力和对于未来的想象力。如果拿掉了这些，这个人就不能称其为“人”了。
在这个意义上，人心像一条长廊，一个人可以从这头走到那头。窃听专家魏斯曼从一个贫瘠匮乏的起点开始，经过一系列转换，眼前的世界起了变化，他看待世界的立场也发生改变，变得丰富和富有人性。他的眼睛不仅用来监视别人，在这个世界中充当搜索引擎，也是用来流泪的，为自己和为他人，为美好的事物。
在“人心的长廊”里还住着各种各样的“客人”。有戴着面具的，这面具也许已经深深嵌入这个人的面孔；也有率性天真的，对世界与他人始终保有一分真诚。当然，有忠诚于“主人”的，真正为“主人”长远利益着想；也有阿谀奉承的，每次将最坏的方案提交到“主人”的案头。“客人们”之间互相对话、吵架、协商，互相拉扯和消耗，也互相调整和过滤。在这场内心战斗中，良心未必总是占上风，也未必总是甘居人后，最后还是“主人”说了算。“主人”有什么样的造化，那真是他自己多少世修来的。
窃听阴谋——每个人都在暗处和明处
有一部美国影片《对话》（The Conversation，又译《窃听大阴谋》，1974），更早涉及了窃听这个话题，而且是大名鼎鼎的科波拉导演的。
夏利是一位监听专家，他在这方面的造诣颇深，业内有名。他拿钱受雇于别人，不问缘由，不涉及意识形态，干得十分出色。但是他终究没有变成一块“门板”，没有与他的专业机器、专业手段完全合二为一。他从这项工作中受益，反过来也因此而落下了人性的伤痕。刺探别人养成的警觉，使他无法与人们建立亲密关系。他不留电话，行踪不定，女朋友只有在漫无尽头的黑暗中等待。一旦问及他的个人情况，他马上感到厌烦之至。他不能为自己的工作而感到骄傲。他卷入了一些不为人所知的秘密，他因而不能站到阳光底下。
扮演夏利的演员人们并不熟悉，这更加增添了他无人知晓的卑微色彩。他身着一件灰色的透明雨衣，始终神情黯淡忧郁，如同一只鼹鼠或一枚暗器。在他忧郁的背后，是他受伤的生活和受伤的人性。他挥之不去的烦恼有一个具体原因——因为他的“出色”工作，曾经有三个人命丧黄泉。那是一桩难度极大的窃听阴谋，某位总裁与他的会计师只是在水面的游艇上讨论如何伪造福利基金，任何船只接近时他们就会停止谈话。然而身手不凡的夏利还是将事情搞定了。会计师被认为是泄密者，一家三口大人小孩被残忍地杀害。
同行们对他的高难技术深表钦佩，他自己却陷入良心不安。内心的阴影在此后的工作中扩散。新任务是在广场上窃听一对男女的谈话，他们仿佛知道有人在暗中作祟，尽量压低声音，或躲在广场卖艺人的嘈杂声响之下。这样一句话跳进了他的耳朵：“有机会他会杀了我们”。这引起了他的警觉，此前发生过的悲剧仿佛就在眼前。于是他不愿意将做好的录音带交给雇主——也是一位总裁。
“我不怕死，但我害怕谋杀案。”他对枕边的时髦女郎说。对方劝他：“只是一些任务。你不需要感受它，只需要完成它们即是。”其中“感受”是一个关键词。能够“感受”会带来工作上的“障碍”，但是人如果不去“感受”，不会感受并失去了感受能力，岂不是失掉了用来证明人生命存在的有力证据，成了一个纯粹的物件？一颗能感受的心灵，在世界面前是随时准备弯曲的，准备朝向他人的苦难低头，准备在真理面前弯下腰来。
事情甚至也不朝他感受的方向发展。窃听是因为有强烈的不信任存在，那么逻辑推断的结论必然是——为什么别人要信任窃听者本人？他作为高手受雇于别人，必然也会有其他更高的高手，受雇于其他雇主。
录音带被别人偷走，对他是一个绝妙的讽刺。他放在抽屉里从不示人的电话突然响起，威胁他不要插手这件事情。仿佛他本人陷入了另一张天罗地网当中。高度紧张的思维令他做噩梦，思维出现幻觉。
他试图通过头脑拼接出事情的完整脉络，但是那些碎片总是从他手中滑落，无法将它们衔接起来。他无法看清事情的全部。他始终被挡在外面的某个地方，并不像他自己所认为和希望的那样，进入了某个核心。
最终的结局令他瞠目结舌。他原先以为的一对受害者仍然在世，而那个可能的谋杀者车祸身亡。到底谁是凶手？在整个过程中他本人扮演了什么角色？他是否被其他的人们再度利用？
影片没有给出明确答案。这恰好造成了该片的批判力量。在一个人人不信任的环境里，什么都是有可能的。没有人仅仅是陷害者，他同样被陷害；没有人仅仅在暗处，他同样在另外的明处；没有人仅仅得手，而没有失手的时刻。恩怨和因缘是一条看不到尽头的锁链，将每个人带进其中，没有人能够逃脱，除非自己不作恶。
弯曲分析 篇12
1 螺栓连接构件的弯曲应力及剪力
以图1所示螺栓连接构件为例分析其弯曲应力.假设螺栓连接构件每层梁材料均相同，每层梁高均为h;每层梁宽均为b;N1,N2,N3,N4分别为各层梁弯曲时截面所受轴力;M1,M2,M3,M4分别为各层梁弯曲时的截面弯矩.
由材料力学理论可知，图1所示螺栓连接构件截面平衡条件为
由于图1所示螺栓连接构件各层梁接触面的纵向变形相等可得以下等式成立
式中，,E为螺栓连接构件各层梁的弹性模量.
因螺栓连接构件弯曲时各层梁曲率都相等，所以有式(6)成立
由式(2)和式(6)可以求得
将式(1)和式(7)代入式(3)∼式(5)中可求得
将式(8)代入式(7)中可求得
所以图1所示螺栓连接构件各层梁任意截面的最大弯曲应力分别为
所以利用式(8)可求得，螺栓连接构件第1层与第2层之间螺栓的剪力为，螺栓连接构件第3层与第4层之间螺栓的剪力为,螺栓连接构件第2层与第3层之间螺栓的剪力为
文献[3]开设了图2所示销钉连接构件的应力实验，同理可以推导求得销钉连接构件的轴向力为
当销钉连接构件的上下梁均为同材、等高、等宽时，可以求得销钉所受的剪力,当a=0时剪力，此结果与文献[4,5]给出的结果是一致的.
2 讨论分析
对于图1所示螺栓连接构件，按静不定问题来研究螺栓或销钉连接构件的弯曲变形，由式(10)可以计算出固定端处，螺栓连接构件第1层梁的最大弯曲拉应力为，螺栓连接构件第2层梁的最大弯曲拉应力为，螺栓连接构件第3层梁的最小弯曲压应力为，螺栓连接构件第4层梁的最大弯曲压应力为.对于图1所示螺栓连接构件，若按文献[2]把螺栓连接构件作为静定问题来处理研究其弯曲应力，可知最大弯曲拉应力为，最小弯曲压应力为.对比以上应力计算结果可以知道，按静不定问题计算螺栓连接构件最大弯曲拉应力或最大弯曲压应力，与按静定问题计算螺栓连接构件最大弯曲拉应力或最大弯曲压应力的误差均为
对于图1所示螺栓连接构件，按静不定问题来研究螺栓或销钉连接构件的弯曲应力时，螺栓或销钉连接构件各层梁截面不但有弯矩作用而且还有轴向力作用；文献[2]按静定问题计算螺栓或销钉连接构件弯曲应力时，把螺栓或销钉连接构件当做一整体梁，从而忽视了各层梁截面上的轴向力作用效果.
关于图1所示螺栓连接构件中螺栓剪力的计算，按静不定问题处理可知螺栓连接构件第2层与第3层之间螺栓的剪力最大为；文献[2]按静定问题处理，即使在螺栓横截面上的剪力与连接构件是整体时的剪应力的纵向合力相等，给出了计算公式m Qmax=Aτmax(m是螺栓数目)，在本文中取m=1可知螺栓连接构件第2层与第3层之间螺栓的剪力最大为.可以看出按静不定问题处理时第2层与第3层之间螺栓的剪力仅为按静定问题处理时的1/2.由于图2所示销钉连接构件的弯曲变形计算相对较为简单，限于篇幅就不再重复分析讨论.
为了验证本文计算方法正确性，用ANSYS计算了此模型.悬臂梁的长度l=1 200 mm，宽度b=200 mm，模型由4层梁叠合组成，每层梁厚50 mm，螺栓直径50 mm，螺栓距离固定端l=1 000 mm，在螺栓处作用集中荷载1 k N，材料模型mat1,E=206 GPa，µ=0.3.单元最大边长尺寸5 mm.单元为8节点SOLID185单元，采用“large displacement static analysis”进行求解.有限元求解的结果可见表1、表2.从表1、表2可以看出，有限元求解的结果与本文方法非常接近，误差在5%以内.并且对于图2所示销钉连接构件的应力实验，当a=0时剪力，此结果与文献[4,5]给出的结果是一致的；这些都说明式(6)表示各梁曲率处处相等的假设是可以接受的.
kN
从以上分析可以看出，关于螺栓或销钉连接构件的弯曲变形计算，把螺栓或销钉连接构件作为静不定问题来处理时,弯曲应力大于把螺栓或销钉连接构件作为静定问题来处理时所得的弯曲应力,螺栓或销钉剪力小于把螺栓或销钉连接构件作为静定问题来处理时所得螺栓或销钉剪力.螺栓或销钉连接构件的弯曲变形本质上是静不定问题，当然静不定问题的弯曲变形计算是很复杂的，相关材料力学教材把螺栓或销钉连接构件作为静定问题来处理，是在结构安全的前提下使问题简单化，是为了方便工程设计而已.但是，有时简单把螺栓或销钉连接构件的静不定问题处理为静定问题会带来很大的计算误差.
参考文献
[1] 巴德纳斯RG著.高等材料力学及实用应力分析.西安交通大学材料力学教研室翻译组译.北京:机械工业出版社,1983
[2] 费奥多谢夫.材料力学.蒋维城,赵九江,俞茂宏等译.赵九江,张泽华,关士义,顾震隆修订.北京:高等教育出版社,1985
[3] 赵志岗主编.工程力学实验.北京:机械工业出版社,2008
[4] 张仲毅.小问题305.力学与实践,1997,19(5):24