[發明專利]一種臂架疲勞分析方法

有效

• 申請號: 202110239193.6
• 申請日: 2021-03-04
• 公開（公告）號: CN113051788B
• 公開（公告）日: 2022-04-22
• 發明（設計）人: 黃運保;周健松;梁桂銘;詹宏遠;林志躍
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 佛山市君創知識產權代理事務所(普通合伙) 44675
• 代理人: 杜鵬飛

本發明公開一種臂架疲勞分析方法，包括以下步驟：建立臂架三維模型，并建立臂架的網絡模型；對臂架進行運動仿真，獲取每時刻下的位置和負載情況的離散化數據；選取若干個臂架運動數據，獲取靜力學的應力分析云圖以及相關數據；尋找臂架應力偏大的區域，綜合應力分析結果，得出該區域內的應力曲線；在標準工況下對臂架的三維模型進行實驗，并對應力分析云圖和應力曲線進行對比分析；結合臂架的變形情況，通過疲勞分析獲取臂架的疲勞壽命云圖和疲勞壽命數據結果；判斷臂架疲勞強度要求是否合格，提出優化方案。本發明采用靜力學分析技術和利用大量靜力學分析來代替動力學分析，以此更加快捷且有效完成對臂架的應力分析和疲勞分析。

技術領域

本發明涉及一種應力分析方法，具體涉及一種臂架疲勞分析方法。

背景技術

臂架工作時會隨著工件負載運動而產生不斷變化的應力，當臂架受到這種多次重復變化的載荷作用后，即使應力值始終沒有超過材料的強度極限，臂架仍然有可能出現破壞現象——這就是疲勞破壞。疲勞失效是臂架最常見結構失效的原因之一，因此在設計臂架或者優化臂架的使用壽命時，需通過疲勞分析計算產品的疲勞壽命，才能確保其正常使用的工作時間。

目前常用的方法是根據臂架模型在標準工況下受到的外力最大值作為載荷，通過靜態的有限元分析獲取臂架的應力分析云圖，與實際零件工作中測試所得應力進行對比。若存在嚴重不符的應力區域，則需要修改模型參數、調整約束條件等方式進行優化，直至出現契合度較高的應力曲線；最后再進行疲勞分析，以此獲取臂架的疲勞壽命云圖，得到臂架在正常工況下疲勞損傷最嚴重的區域的預估疲勞壽命值。

由于臂架在實際工作過程中長期保持運動狀態，不同時刻臂架的位置和速度都會發生變化，各因素作用下的應力結果與僅單一的負載所得的結果存在明顯的差異，因此計算所得的應力結果與實際應力峰值的區域和大小都存在偏差。若對臂架進行動力學分析，但現有軟件技術使用動力學分析較為困難，尤其針對復雜的零件，難以得到精確的應力結果，同時在計算時對約束條件、網格化模型等方面均有較高的要求，且難以得到收斂的應力分析結果，需要花大量的時間進行檢驗和校對，也不利于之后疲勞分析以及優化臂架設計。

發明內容

本發明目的在于克服現有技術的不足，提供一種臂架疲勞分析方法，該方法能夠快捷且精準地地完成對臂架的應力分析和疲勞分析，以便得出臂架的疲勞分析結果以及優化方向。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種臂架疲勞分析方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）根據臂架實際形狀和尺寸建立三維模型，通過有限元法建立臂架的網絡模型，并設置臂架參數；

（2）對臂架進行正常工況下的運動仿真，測量在一次循環運動中臂架受到隨時間變化的運動數據，該運動數據包括負載大小和位置；通過對臂架的運動數據進行離散化，形成一系列相對靜止狀態，從而得到臂架在每時刻下的位置和負載情況的離散化數據；

（3）根據所述離散化數據，在臂架工作時間范圍內，選取均勻的若干時刻下的臂架運動數據，從而形成若干個臂架待測模型；確定每個臂架待測模型的負載大小和位置后，分別對各個臂架待測模型進行有限元分析，得到一系列靜力學的應力分析云圖以及相關數據；

（4）根據步驟（3）中所得到的應力分析云圖及相關數據結果，尋找臂架在工作過程中應力偏大的區域，并以該區域作為研究對象，綜合應力分析結果，得出該區域內的應力曲線；

（5）在標準工況下對臂架的三維模型進行實驗，觀察對比臂架損傷最嚴重的區域位置信息與步驟（3）中所述的應力分析云圖是否相似，再比較步驟（4）中所得出的應力曲線與實際測量所得應力曲線；若在標準工況下臂架損傷最嚴重的區域位置信息與步驟（3）中所述的應力分析云圖存在明顯的偏差或步驟（4）中所得出的應力曲線與實際測量所得應力曲線存在明顯的偏差，則返回步驟（3），并在步驟（3）中選取更多的臂架待測模型，直至計算所得的應力曲線與標準工況實驗所得的應力曲線結果相近；