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回转体结构强度及断裂力学的有限元分析

作　者: 李丽
导　师: 安晓卫
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 有限元螺纹强度数值模拟弹塑性力学断裂力学
分类号: TH131.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本文在总结分析了回转体结构强度和断裂力学国内外研究现状的基础上，首先对承受内压的回转体强度进行了有限元分析。考虑到回转体形状复杂，结构尺寸较大，忽略筒体和底座的螺纹连接，建立其轴对称模型进行分析。然后基于圣维南原理，分别建立等距直螺纹和考虑螺纹升角的螺旋线螺纹的三维有限元子模型，以整体轴对称模型切割边界计算位移值作为子模型的边界条件，考虑材料非线性及接触非线性，对两种螺纹子模型的应力分布进行计算，并对两种子模型结果进行比较分析。得到了回转体螺纹连接处较为准确的应力分布情况。其次是最大气体压力下回转体强度的分析，重点分析螺纹强度。回转体在膛筒内运动时，受到各种载荷的作用，其各零件会发生不同程度的变形，这些变形可能会影响回转体在膛筒内正确的运动，或使回转体运动受阻。建立不考虑螺纹连接的轴对称整体有限元模型，通过惯性释放方法计算出此时加速度，之后对整体模型进行计算。再建立等距直螺纹和螺旋线螺纹两种有限元子模型并进行计算，得到较真实的回转体螺纹应力结果，并对结果进行对比分析，为提高回转体结构强度提供了理论依据。再次是对回转体挤进过程的数值模拟方法探讨。用ANSYS/LS-DYNA软件模拟回转体挤进膛筒的过程。用ALE算法对有限元计算过程进行控制，采用考虑应变率影响的塑性随动材料模型，用强制位移代替载荷模拟回转体运动。该方法可以广泛应用于实际结构中挤进过程的数值模拟，为结构挤进过程的研究提供了参考技术方法。最后是针对内压试验时回转体筒体断裂现象的有限元分析。建立含裂纹的回转体二维有限元模型，在静力学分析基础上，计算出了应力强度因子值，并研究了裂纹深度、裂纹长度、内压等因素对应力强度因子的影响情况，拟合出了应力强度因子与内压的关系方程，通过此方程可以计算出临界内压值。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-19
  1.1 研究背景及意义  12-13
  1.2 国内外研究现状  13-17
    1.2.1 国内外螺纹强度研究现状  13-14
    1.2.2 国内外子模型方法研究现状  14-15
    1.2.3 国内外断裂力学研究现状  15-16
    1.2.4 国内外回转体强度研究现状  16-17
  1.3 本文研究内容  17-18
  1.4 本章小结  18-19
第2章内压下回转体螺纹子模型的强度分析  19-39
  2.1 轴对称结构有限元分析  19-25
    2.1.1 几何模型结构  19-20
    2.1.2 单元选择与网格划分  20-21
    2.1.3 材料模型  21-23
    2.1.4 边界条件  23
    2.1.5 接触定义  23
    2.1.6 结果分析  23-25
  2.2 螺纹子模型有限元分析  25-32
    2.2.1 子模型法  26
    2.2.2 切割边界选择  26-27
    2.2.3 螺纹模型建立  27-29
    2.2.4 有限元子模型建立  29-30
    2.2.5 位移边界条件  30-32
  2.3 结果分析与比较  32-38
    2.3.1 验证切割边界  32-33
    2.3.2 等距直螺纹等效应力  33-35
    2.3.3 螺旋线螺纹等效应力  35-37
    2.3.4 螺纹应力结果比较  37-38
  2.4 本章小结  38-39
第3章最大气体压力下回转体螺纹强度有限元分析  39-54
  3.1 轴对称结构有限元分析  39-45
    3.1.1 实体结构模型  39-40
    3.1.2 有限元模型建立  40-41
    3.1.3 材料模型  41-42
    3.1.4 外载荷分析  42-43
    3.1.5 位移约束  43-44
    3.1.6 接触定义  44
    3.1.7 结果分析  44-45
  3.2 螺纹子模型有限元分析  45-48
    3.2.1 几何模型建立  45-46
    3.2.2 有限元模型建立  46-47
    3.2.3 位移边界条件  47-48
  3.3 螺纹子模型结果分析  48-53
    3.3.1 验证切割边界  48-49
    3.3.2 等距直螺纹等效应力  49-51
    3.3.3 螺旋线螺纹等效应力  51-53
    3.3.4 不同子模型的结果比较  53
  3.4 本章小结  53-54
第4章回转体挤进过程数值模拟方法探讨  54-71
  4.1 ALE 方法基本控制方程  54-56
  4.2 挤进过程的数值模拟  56-62
    4.2.1 几何模型建立  57
    4.2.2 单元选择与网格划分  57-59
    4.2.3 材料模型  59
    4.2.4 材料失效或破坏  59-60
    4.2.5 接触定义  60-61
    4.2.6 约束与载荷  61
    4.2.7 沙漏控制  61-62
  4.3 结果探讨分析  62-70
    4.3.1 导环变形及应力情况  62-64
    4.3.2 等效应力随时间变化情况  64-65
    4.3.3 等效塑性应变随时间变化情况  65-66
    4.3.4 影响回转体挤进变形的因素探讨  66-70
  4.4 本章小结  70-71
第5章含裂纹回转体的有限元分析  71-83
  5.1 断口分析  71-72
  5.2 断裂现象有限元模拟  72-76
    5.2.1 断裂模式的选择  72-73
    5.2.2 断裂参数的选择  73
    5.2.3 几何模型建立与简化  73-74
    5.2.4 有限元模型建立  74-75
    5.2.5 边界条件  75-76
    5.2.6 接触定义  76
  5.3 结果分析  76-82
    5.3.1 应力强度因子断裂准则  76
    5.3.2 临界应力强度因子 KIC的确定  76-77
    5.3.3 计算应力强度因子 KI  77-78
    5.3.4 影响应力强度因子的因素  78-82
  5.4 本章小结  82-83
结论  83-85
参考文献  85-90
攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果  90-91
致谢  91-92

回转体结构强度及断裂力学的有限元分析

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