复杂载荷下弹性轴承有限元分析及寿命预报-工程力学专业论文.docxVIP

Classified Index: TB942 U.D.C: 620 Dissertation for the Master Degree in Engineering FINITE ELEMENT ANALYSIS AND LIFE PREDICTION OF ELASTIC BEARING UNDER COMPLEX LOADS Candidate： Bowen.Liu Supervisor： Xiangqiao.Yan Academic Degree Applied for： Master of Engineering Speciality： Engineering Mechanics Affiliation： School of Astronautics Date of Defence： June, 2015 Degree-Conferring-Institution： Harbin Institute of Technology 摘 摘 要 - - I - 摘 要 弹性轴承作为直升机连接转轴与桨叶的重要部件，其疲劳破坏直接影响飞机 安全。根据弹性轴承的工作条件及结构特点，其疲劳问题的本质为橡胶材料的多 轴疲劳问题。鉴于橡胶材料的多轴疲劳问题的复杂性，目前还没有令人满意的预 报模型。本文基于目前对橡胶的疲劳问题和金属材料疲劳问题的研究，对弹性轴 承在载荷谱作用下的疲劳寿命问题做了初步的研究，主要工作如下： 本文介绍了橡胶疲劳等效参数法中的几个常用等效力学参数，这些等效参数 法对单轴载荷情况下的疲劳寿命预报已经取得较好效果，但对于多轴情况尚没有 一个力学参数取得很好效果。本文详细介绍了 Mars 提出的开裂能参数，并推导 了三维情况下的开裂能计算解析式。 本文对几个常用的等效力学参数，包括最大主伸长量、真实 Von-Mises 应变、 应变能密度、开裂能密度，对橡胶材料的多轴疲劳预报效果进行了比较，发现真 实 Von-Mises 应变是一个相对较好的等效力学参数。本文基于金属疲劳分析的应 力场强法，提出用于弹性轴承疲劳分析的应变场强法，并提出一个等效剪切应变 疲劳参数。 利用 ANSYS 的 APDL 参数语言，结合弹性轴承的几何特征参数，编写了参 数化程序快速建模。对弹性轴承进行了简单受力分析（包括压缩、弯曲和扭转）， 其刚度-变形关系的计算结果较好。对弹性轴承所承受的疲劳载荷谱（31 种复杂 工况）进行了模拟分析。根据计算结果比较，发现提出的等效剪切应变峰值位置 与弹性轴承真实破坏的区域一致，因此可以认为等效剪切应变是一个合理的疲劳 分析参数。结合纯扭转载荷下的有限元计算结果，推导出等效剪切应变与实验观 测的名义剪切应变的函数关系，并进而得到以真实 Von-Mises 应变为参量的疲劳 寿命公式。最后本文基于 Miner 线性模型提出了弹性轴承载荷谱下疲劳寿命预报 模型，并结合橡胶材料 ????N 曲线和弹性轴承复杂工况的模拟，对所分析的弹性 轴承的疲劳寿命预报进行了预报，该预报结果是令人满意的。 关键词：弹性轴承；有限元； 疲劳寿命。 Ab Abstract - - II - Abstract As the important part of the helicopter connecting shaft and blade, the fatigue damage directly affects the safety of the aircraft. According to the working conditions and structural characteristics of the elastic bearing, the fatigue problem is essentially a multi axial fatigue problem for rubber materials. Considering the complexity of the multi axial fatigue problem of rubber materials, there is no satisfactory forecasting model. Based on the fatigue problem of rubber and fatigue of metal materials, the fatigue life of elastic bearing under the load spectrum is studied,the main work is as follows: This paper introduces several commonly used equivalent mechanic