图2网格模型F图3几何形状不连续处应力集中示意图4加载并求解活塞杆的工况为:在大部分工作周期内,受气压作用,活塞杆本身受到的作用力较小,活塞杆运行到底端吋与撞击杆碰撞,在极短时间内产生一个较人冲击力,这个力作用到活塞上,并以应力波的形式在活塞杆内传播•该作用较大,是研究的主耍内容.根据实际工作情况,对活塞杆施加一个大小约为100N的轴向力.此外,对活塞做面的全约束处理,对活塞杆的x对称轴做y方向的约束.5计算结果与分析工程屮活塞杆的断裂部位一般发生在活塞杆几何形状突变处.上述有限元模型是根据活塞杆的倒角半径为5nrni的实况建立,在载荷作用下可以得到Vonmises应力云图如图5所示.观察应力分布情况可得知在活塞杆倒角处有最大Vonmises应力为594Pa,在活塞杆顶端几乎没有应力.当位于活塞杆倒角处的最大应力值超过活塞杆材料的疲劳极限,且该应力长期作用在倒角处,将在倒角处产生疲劳断裂,是导致活塞杆在倒角处疲劳断裂的其屮一个原因.这与活塞杆经常在倒角处断裂的实际情况是一致的.ALfoomx?»«•>05mMX?匚1—•415mIW**SMC.0■a图4倒角半径为5mm时的Vonmises应力云图Sus乍UOAYSr/mm图5最大应力与倒角半径的关系图针对以上情况,着重研究了活塞杆倒角半径大小不同对活塞杆断裂的影响.依次选择不同倒角半径的活塞杆进行数值模拟.从图中可知,最大Vonmises应力一直出现在活塞杆倒角处,这验证了活塞杆经常会在倒角处断裂,从力学上解释了活塞杆破坏的原因.各个倒角半径对应的最大Vonmises应力如图6所示,通过图6中曲线的变化情况可以得出活塞杆倒角处的节点Vonmises应力随倒角的增人而减少.当倒角半径r小于3mm时应力集中变化比较明显,当r大于15mm时应力集屮的影响已经相当小•因此,所涉及到的活塞杆可以通过选择恰当的倒角半径来延长使用寿命.
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