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4.4  實驗驗證

為了驗證計算模型的正確性，我們以六孔束腰型疊片聯(lián)軸器為例進(jìn)行實驗，并將計算值與實驗值相互對比。

上圖為實驗所用疊片的形狀以及應(yīng)變片的位置

4.4.1  扭矩載荷下力學(xué)模型的驗證

當(dāng)傳遞功率為P=20kw，在扭矩載荷下的有限元分析為線彈性分析，在受壓側(cè)沿兩螺栓孔中心連線的方向上，應(yīng)力的計算值為：

在疊片受拉側(cè)沿兩螺栓孔中心連線的方向上，應(yīng)力的計算值如圖4.12所示：

由以上兩圖可知，沿孔中心線上，受壓側(cè)應(yīng)力為負(fù)，并且螺孔附近的壓應(yīng)力大，受拉測應(yīng)力為正，同樣是螺孔處應(yīng)力大，兩種狀態(tài)下孔中心連線上應(yīng)力變化不大。

4.4.2  離心載荷下的力學(xué)模型驗證

離心載荷下的有限元計算也屬于線彈性分析，在轉(zhuǎn)速n=4000,n=5000和

n=6000r/min時，離心應(yīng)力的計算值和實驗值如圖4.14和圖4.15所示。

以上兩圖所示的實驗數(shù)據(jù)與計算數(shù)據(jù)之間有一定的偏差，這是由于從計算模型上取的點與實驗點并不能完全重合，因而產(chǎn)生一定的誤差，排除這些因素，我們可以看出，隨轉(zhuǎn)速的增大離心力相應(yīng)增大，沿螺孔圓周方向應(yīng)力中最大應(yīng)力出現(xiàn)在靠近X軸的孔邊附近，在兩螺孔連線上靠近螺孔處的應(yīng)力大，中間小，這些表明離心載荷下計算結(jié)果與實驗結(jié)果的規(guī)律符合較好。

4.4.3  軸向位移載荷力學(xué)模型的驗證

當(dāng)我們給定計算模型中三維體元上各點一個相同位移δ時，所得到的兩螺孔中心連線上點的應(yīng)力分布圖如上所示，由圖可知，計算值與實驗值符合較好。

4.4.4  角位移載荷力學(xué)模型的驗證

角向位移與軸向位移之力學(xué)模型的區(qū)別是角向位移時螺孔處各點的位移量是不相等的，也屬于幾何非線性問題，由圖可知，計算值與實驗值是符合的，隨角向位移的增大應(yīng)力非線性增大。

由以上四種載荷下的實驗驗證可知，我們所建立的計算模型與實際情況在很大程度上是相符合的，這說明我們的計算模型是符合實際且能夠被應(yīng)用于實際工作當(dāng)中。

4.5  強(qiáng)度分析

在確定了已建立的疊片聯(lián)軸器計算模型的可用性后，我們將對計算結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步分析，分析的目的是使我們能夠得到不同尺寸疊片在確定工況下的工作情況以此獲得量的概念，并且，在設(shè)計中通過改變尺寸的方法來優(yōu)化聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)、形狀。

4.5.1  強(qiáng)度校核的計算方法

疊片聯(lián)軸器在工作時，其疊片由于受到離心、扭轉(zhuǎn)、軸向載荷作用，疊片內(nèi)產(chǎn)生穩(wěn)態(tài)應(yīng)力，它們不是交變的，而當(dāng)受到角向載荷時，由于角向不對中載荷是交變的，其將引起高頻交變應(yīng)力。所以疊片上每一點的應(yīng)力分為兩部分，一部分為離心、扭轉(zhuǎn)、軸向載荷產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)應(yīng)力，另一部分為角向載荷產(chǎn)生的交變應(yīng)力，兩者相合得到任一點的當(dāng)量穩(wěn)態(tài)應(yīng)力，由此可得到該點的安全系數(shù)，并進(jìn)而得到疊片上各節(jié)點處的受力狀態(tài)。如當(dāng)?shù)玫蒋B片上各點的穩(wěn)態(tài)應(yīng)力的六個分量為：σ_x、σ_y、σ_z、τ_xy、τ_yz、τ_xz，交變應(yīng)力的六個分量為σ_xr、σ_yr、σ_zr、τ_xyr、τ_yzr、τ_xzr,要求出當(dāng)量穩(wěn)態(tài)應(yīng)力，我們要先求得各應(yīng)力分量對應(yīng)的當(dāng)量穩(wěn)態(tài)應(yīng)力，我們以σ_b、σ_-1作10⁷次循環(huán)的修正的古德曼曲線，過（σ_r, σ_xr）點作該線的平行線交橫軸于σ_e。

求出各應(yīng)力分量的當(dāng)量穩(wěn)態(tài)應(yīng)力后，即可用歪形能理論求出當(dāng)量穩(wěn)態(tài)應(yīng)力σ_e，在直角坐標(biāo)中，當(dāng)量應(yīng)力表達(dá)式為：

σ_e={[（σ_x-σ_y）²+（σ_y-σ_z）²+（σ_z-σ_x）²+6(τ_xy²+τ_yz²+τ_xz²)]/2 }^1/2

分別以六個當(dāng)量穩(wěn)態(tài)應(yīng)力σ_re、σ_ye、σ_ze、τ_xye、τ_yze、τ_xze代替上式中六個應(yīng)力分量，可將當(dāng)量應(yīng)力表達(dá)式寫成：

σ_e={[（σ_x,e-σ_y,e）²+（σ_y,e-σ_z,e）²+（σ_z,e-σ_x,e）²+6(τ_xy,e²+τ_yz,e²+τ_xz,e²)]/2 }^1/2

由此可得疊片上每一點的疲勞安全系數(shù)K，即：

K=σ_h/σ_e

以上各步驟均由已編好的C++程序?qū)崿F(xiàn)，并通過最終比較找出最危險的點來。

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