起重机传动零件疲劳计算基准载荷及载荷谱系数* 朱大林 郑小玲 方子帆 摘要 本文讨论起重机传动零件疲劳计算方法问题。讨论了区分机构和零件的载荷谱系数的必要性，指出应以零件的载荷谱作为零件疲劳计算的依据。从实用的角度，提出以弹性振动最大载荷作为疲劳计算基准载荷并给出了相应的载荷谱系数定义。本文还对零件的应力循环次数计算问题进行了分析。 关键词 起重机 机构 零件 疲劳计算 基准载荷 载荷谱系数 １ 引言 起重机传动机构零部件的疲劳寿命计算是起重机设计的重要内容，起重机设计规范(GB3811-83)[1]（以下简称规范）对此给出了一些原则规定。起重机传动件的疲劳计算方法原则上与一般机械零件相同，但由于起重机的工作特点，决定了其零件的疲劳计算具有以下两个特点： 1) 零件承受的载荷是变幅交变载荷，并具有随机变化的特性，从而使起重机零件的疲劳计算必须引入应力谱或载荷谱的概念，采用变幅疲劳的计算方法。零件疲劳计算的依据是零件的载荷谱，而规范给出的是机构的载荷谱，对零件的载荷谱问题并未叙及。 2) 零件的应力循环次数通常小于材料的基本循环次数N 0，属于有限寿命疲劳计算。这就要求正确计算零件的应力循环次数，对此，规范的规定也不尽完善。本文将就以上问题进行讨论，并提出笔者的建议。 ２ 起重机传动零件疲劳计算与载荷谱 规范采用名义应力法和疲劳损伤的线性累积理论，规定了起重机传动零件的疲劳计算方法，推荐的计算公式为： eq rk n σσ≤/Ⅰ (1) 式中，σeq —考虑变幅应力和有限寿命的零件等效应力; σrk —考虑循环特性和应力集中后的零件无限寿命疲劳强度限； n Ⅰ—疲劳计算安全系数。 规范规定，零件的等效应力σeq 根据零件承受的等效载荷计算，对传动零件，等效载荷计算公式为： T eq ＝k n k m T Ⅰmax (2) 式中，T Ⅰmax —机构启动时零件的静力矩与刚体惯性力矩之和； k m —载荷系数，m m m k K =,K m 为载荷谱系数； k n —有限寿命系数，n m k N N =/0，(N DOI:10.3969/j.issn.2095-509X.2017.08.008 复合载荷工况下特殊螺纹油套管接头三维有限元分析 刘一源1,纪爱敏1,李一堑1,樊鑫业2,许才斌2 (1.河海大学机电工程学院,江苏常州一213022) (2.江苏常宝钢管股份有限公司,江苏常州一213018) 摘要:考虑螺旋升角,应用SolidWorks 建立某特殊螺纹油套管接头的三维有限元模型并利用AN-SYS 软件进行有限元分析,分析不同复合载荷工况下油套管接头的应力分布情况三分析结果表明:在一定的内压范围内,管体的应力随内压的增大而增大,但对油套管接头的连接强度影响不大;在一定的轴向拉力范围内,轴向拉力的增大不会引起油套管接头螺纹牙两端的应力超过材料屈服强度,但可导致两端螺纹牙发生断裂失效,影响螺纹连接强度;复合载荷工况下,随着内压的增大,油套管管体和接箍出现向外扩张的趋势,密封面上的接触压力不断增大,可以起到提高油套管接头密封性能的效果三 关键词:ANSYS ;油套管接头;复合载荷;应力分布 中图分类号:TH131.3;TE319一一文献标识码:A一一文章编号:2095-509X (2017)08-0041-03一一油套管接头的作用是通过螺纹将多根油套管连接起来形成数千米的密封管柱,从而可以开采到贮藏在地表以下的石油三日益复杂的石油开采环境,对油套管接头的性能要求更加苛刻三为了提升油套管接头的性能,使特殊螺纹油套管接头能够在苛刻的环境下保证较好的密封性能与足够大的连接强度,模拟油套管接头的受力状态,对其进行性能分析是很有必要的[1-3]三对油套管接头施加不同工况下的复合载荷,通过ANSYS 有限元分析软件进行计算,然后根据计算所得的应力云图以及接触压力曲线图可以对油套管接头的性能进行合理的分析三目前,对油套管接头进行的分析研究,普遍采用二维轴对称模型进行有限元分析,由于忽略了螺纹升角[4-5],无法模拟准确的上扣过程,对螺纹二台肩和密封面处发生的塑性变形二粘扣现象也无法得到合理的控制三此外,油套管柱在井下工作时由于受到复杂载荷的作用,可能会导致管柱发生屈曲变形[6-7],在变形段会有弯曲载荷的存在,而弯曲载荷为非轴对称载荷,因此利用二维轴对称模型进行有限元分析就会产生较大的误差[8-9]三三维油套管接头模型是通过油套管与接箍间的螺纹 啮合形成复杂的空间螺旋曲面,因此采用三维油套管接头有限元模型进行计算得到的结果和实际情况比较相符三为了提升油套管接头的连接强度和密封性以及使用稳定性[10],本文建立了考虑螺纹升角的某特殊螺纹油套管接头的三维有限元模型, 通过施加复合载荷来模拟实际工况下的受力,对油套管接头进行有限元分析三 1 特殊螺纹油套管接头有限元模型的建立 本文以某钢管有限公司生产的?177.80? 9.19mm HQSC 特殊螺纹油套管接头为研究对象,利用三维设计软件SolidWorks 分别建立油套管二接箍几何模型,再装配为一体,如图1所示三该油套管接头采用改进的偏梯形螺纹,承载面角度为-3?,导向面角度为10?,螺纹锥度为1?16,密封 面采用锥面/锥面密封,扭矩台肩为逆向角15?,可以起到较好的辅助密封的效果,该特殊螺纹油套管接头的内二外螺距均为25.4mm /(5牙)三 特殊螺纹油套管接头有限元模型如图2所示,该模型采用八节点六面体单元,节点数为195835,单元数为169326三运用Hypermesh 软件划分好网格, 收稿日期:2017-07-03 作者简介:刘源(1991 ),男,河南商丘人,河海大学硕士研究生,主要从事数字化设计方面的研究三 四 14四2017年8月一一一一一一一一一一一一一一一一机械设计与制造工程一一一一一一一一一一一一一一一一一Aug.2017第46卷第8期一一一一一一一一一一Machine Design and Manufacturing Engineering一一一一一一一一一一一Vol.46No.8万方数据 载荷谱 强度方法库 通过性指拖拉机在各种田间和道路情况下的通行能力﹐如在松软﹑潮湿地面﹐山地﹑坡道和作物行间的通行能力﹐以及在田间转移和越障的能力等。拖拉机在田间作业时﹐除通行能力外﹐还要考虑它对土壤的破坏程度﹐即拖拉机行走装置对水田犁底层的破坏程度和对旱田土壤的压实程度。 操纵性指拖拉机在驾驶员操纵下﹐按期望的路线行驶的性能﹐包括行驶直线性和最小转弯半径等。 劳动保护性能和工作条件指保护驾驶员身体不受损害的性能以及操作方便和舒适的程度。包括对驾驶员的安全防护﹐驾驶室的防尘﹐隔声和温度控制﹐座位的减振﹑舒适程度和对不同人体体形的适应性﹐驾驶员的视野﹐各种操纵机构的合理布置和操纵力﹐工作监视装置的完善程度等。 发展趋势现代拖拉机已成为具有各种现代化设施可以牵引和驱动各种复杂农业机具的 自走式动力站﹐其发展动向表现在﹕平均功率不断增大﹐大型拖拉机在数量上占的比重明显上升。1984年美国拖拉机销售量中﹐75千瓦以上的拖拉机占总台数的24％。小型拖拉机(包括手扶拖拉机和小型四轮拖拉机)在经济发达国家中﹐主要用于家庭园艺和公用事业﹔在农业机械化尚处初级阶段的发展中国家﹐则因农业经营规模较小﹐仍然是一种重要动力。在农用拖拉机中﹐轮式拖拉机占绝对优势。履带拖拉机在许多国家的农业生产中已基本不使用﹔在苏联﹑意大利和中国的使用比重也在下降。60年代以后﹐随着拖拉机功率的不断增大﹐四轮驱动拖拉机有很大发展。液压转向的应用解决了原来四轮驱动拖拉机转向困难的问题﹐铰接式转向大大减小了转弯半径﹐促使四轮驱动拖拉机在75千瓦以上的拖拉机中占有很大比例。为了提高在水田中的牵引特性﹐日本发展了中﹑小功率的四轮驱动拖拉机。但制造成本高是其制约因素。人机工程学﹑安全防护和改进操纵﹑监视条件的研究将日益受到重视。现代化的密封驾驶室还带有各种形像化﹑标准化的工作监视装置和报警系统。液压技术在拖拉机上的应用日益广泛﹐并已开始出现电子-液压系统。新型拖拉机上的液压不仅用于农具的升降﹑控制和离合器﹑变速箱﹑差速器﹑制动器﹑转向机构等主要部件的操纵﹐甚至如坐位的调整﹑驾驶室窗的开关等也都采用液压装置。利用载荷谱作为应力分析﹑仿真试验和有限元计算的基本数据﹐大大提高了拖拉机产品的研制水平﹐缩短了研制周期。零部件的可靠性﹑耐久性也有了显著提高。拖拉机零部件的标准化﹑系列化和通用化﹐有利于充分利用工厂生产能力﹐降低产品成本﹐并便于维修和配件供应。 动力总成悬置系统运动包络及工况载荷计算方法 吕兆平吴川永 上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心 【摘要】本文论述了动力总成位移控制设计的一般原理，以一微车动力总成悬置系统为研究对象，结合通用汽车公司全球标准的28种载荷工况，介绍了求解各悬置点反力以及发动机质心位移和转角的方法，该计算数据为悬置支架的强度校核以及发动机仓零件设计及布置提供了理论依据。 [关键词]动力总成悬置系统，运动包络，工况载荷 The calculation method for the motion envelop and loadcase force of the powertrain mount system Lv Zhaoping Wu chuanyong (Technical Development Center,SAIC GM Wuling Automobile Co.,Ltd..,Liuzhou 545007 ) [Abstract]The general principle for the design of motion control for powertrain mounting system is presented。Take a mini van powertrain mounting system as the object of study. with the 28 loadcase of the GM global standards. Introduces the method to solve the reaction force at the mounting points and the displacement and rotation of the COG of the powertrain.the calculated data provides a theoretical basis for the mounting bracket strength check and the parts of engine warehouse design and layout. [Keywords] powertrain mount system，motion envelop，Loadcase force 前言 [1]动力总成悬置系统的主要功能有两个，一是减振，二是限位。从悬置元件的刚度曲线来看，一般可以分为线性段和非线性段。其中，线性段可以看作悬置元件减振功能的体现。悬置系统设计工程师在设计悬置刚度线性段时，需要用悬置元件动刚度对动力总成的模态及解耦率进行计算。当动力总成的模态及解耦率满足要求时，悬置动刚度就确定了。而动刚度和静刚度成一定的比例关系(一般动刚度为静刚度的1．3~1．5倍)，这样即可确定悬置元件线性段的刚度。刚度曲线的拐点则是动力总成的限位点，限位要求通常是主机厂提供的。如主机厂要求在三挡80％油门开度下动力总成需要良好的解耦，即要求动力总成各悬置点的位移量均在线性段内，供应商根据这个要求即可设计刚度曲线的拐点。在拐点之后，悬置刚度曲线可以看作是大刚度的线性段。这个大刚度的设计，则要满足主机厂对动力总成总体位移的设计目标值。因此，整个非线性段是为了实现悬置系统的限位功能。 [2]本文通过Adams／View软件建立动力总成模型及考虑了悬置在其三个弹性主轴方向力——位移特性的非线性关系，设计了悬置非线性刚度曲线，对某车型的动力总成进行28种工况的模拟计算，对动力总成悬置系统运动包络进行了校核并获得了28工况下各悬置点的工况载荷，为悬置支架、车身结构甚至变速器壳体强度校核都提供了输入条件。 1 工况计算前期准备 1.1 坐标系定义 一般我们在发动机大总成测试时，获得的质心坐标是在发动机坐标系下的坐标，转动惯量则是在质心坐标系下的转动惯量。因此在此先介绍一下坐标系的定义问题。 1.1.1 发动机坐标系 OeXeYeZe 以曲轴中心线与发动机后端面(RFB)的交点为坐标原点Oe; Xe轴平行于曲轴中心线,指向发动机前端; Ze轴平行与气缸线,指向缸盖; Ye根据右手定则确定,应与气缸中心线所在的中心面垂直,指向发动机左侧(从变速箱端向皮带轮端看). 载荷谱 载荷谱是整机结构或零部件所承受的典型载荷时间历程，经数理统计处理后所得到的表示载荷大小与出现频次之间关系的图形、表格、矩阵和其他概率特征值的统称。机械结构部件多是在交变载荷作用下服役，因为载荷的变化，结构材料内部的应力应变也在发生变化，从而导致裂纹的产生、扩张，发生断裂，这个过程就是疲劳失效，大多数机械部件的失效都是疲劳失效。载荷谱的研究对疲劳失效有很大作用。载荷谱是进行可靠性设计的依据，是零部件结构定寿、延寿和动力学仿真、有限元分析等计算机辅助设计的先决条件，也是作为结构疲劳试验、强化试验、加速寿命试验和可靠性试验的基础。 一般机械产品，其载荷谱的编制流程如下： (1) 载荷样本数据的获取 载荷数据一般通过产品现场工作时实测的途径来获取。 (2) 平稳性检验 通过实测方法获得的载荷数据往往是一种随机过程，而在随机过程分析中，一组数据是否为平稳和历态的，对其进行统计处理所采用的方法是不相同的，因此需对试验获得的载荷数据进行平稳性分析。 (3) 无效幅值的去除 测试获得的载荷数据中有许多载荷值小的循环，将不能构成疲劳损伤的小量载荷循环去除即为无效幅值的去除。通过对无效幅值进行压缩和去除可以缩短试验时间，同时降低试验费用。 (4) 载荷循环的统计计数 将载荷- 时间历程转化为系列载荷循环的过程叫做“计数法”。在进行疲劳寿命分析时， 常常以载荷- 时间历程的损伤量为依据，对统计计数结果进行加速编辑。 （5）总体分布的估计 通过雨流计数法对随机载荷进行计数得到的是载荷均值和载荷幅值，之后进行统计处理得到二元（均值和幅值）随机变量的联合分布矩阵，采用二维（幅值和均值）函数进行分布参数的估计。分布函数获得后，利用假设检验对幅值和均值分布函数进行检验，最后分析二者的相关性，确定最优分布模型。 不同的机械产品，其载荷谱的采集及编制方法均有所不同。在对汽车零部件疲劳失效研究中，通常采集关键部位（如稳定连接杆、横拉杆等）的应变载荷和加速度信号作为载荷数据。对采集的加速度信号，常用于统计分析（如最大值、最小值、平均值、均方根和方差等的统计对比）及功率谱密度函数来描述其频率特性。对采集的应力-应变时间载荷数据，经 过雨流计数法得到各应力大小与循环次数的统计结果,最后应用累积损伤理论分析方法计算 疲劳寿命与安全使用寿命。汽车载荷谱多是基于损伤量进行的室内试验载荷谱编制。在进行汽车零部件设计时，要进行零部件室内疲劳寿命试验，而由于零部件使用寿命很长，在室内试验时，需要采用加速试验的方法。 对汽车载荷谱的加速编辑，计算原始信号的时间- 损伤分布图,对应变-时间信号用雨流 计数法计算损伤,然后对照时间- 损伤分布图，移去原始应变信号中无损伤或小于某一门槛值的信号片段,再插入一个递减或连接信号（常用半余弦曲线代替）,避免在连接处有一个突然 的信号跳跃。在完成载荷谱加速编辑后，对加速信号应用到室内疲劳试验，在保证一定损伤量时，试验时间将大大缩短。汽车载荷谱对汽车设计、疲劳寿命研究有着重要的意义，对汽 车产品的改进、新产品的开发与产品质量检查等有极大的作用。 在对机床载荷分析时，通常采集机床的主轴转速、切削力、扭矩、主轴电机额定功率、最大进给速度、快速移动加速度等信号采集，其中以主轴转速谱、切削力谱和扭矩谱为主要采集分析对象。实际运行过程中数控机床的受载情况与一般机械产品不同，数控机床切削工况种类繁多，机床载荷是一个连续的随机过程，可利用统计方法对载荷数据加以整理，并对其进行某种分布拟合，通过分布假设检验，用频率图、累 [1]. 李振兴, 5T悬挂吊车作用下焊接球网架结构的理论疲劳栽荷谱编制. 2014, 太原理工大学. 疲劳寿命计是结构承载过程中理想的疲劳状态监测元件,其电阻产生的不可逆变化反映了结构的疲劳加载历程。首先比较分析了普通应变片和疲劳寿命计在实际应用中的优劣,然后在采用恒幅加载实验研究其基本测试性能的基础上,通过多级加载实验进一步证实了疲劳寿命计电阻响应规律的正确性,由此研究 分析了桥梁等大型结构在实际的瑞利分布载荷作用下的疲劳加载历程,并对其 使用寿命和剩余寿命进行预测。 [1]. 罗艳利, 胡明敏, and 方义庆, 基于疲劳寿命计的桥梁载荷谱识别研究. 理化检验(物理分册), 2005(08): p. 387-390. 疲劳寿命计是结构承载过程中理想的疲劳状态监测元件,其电阻产生的不 可逆变化反映了结构的疲劳加载历程。首先比较分析了普通应变片和疲劳寿命计在实际应用中的优劣,然后在采用恒幅加载实验研究其基本测试性能的基础上,通过多级加载实验进一步证实了疲劳寿命计电阻响应规律的正确性,由此研究分析了桥梁等大型结构在实际的瑞利分布载荷作用下的疲劳加载历程,并对 其使用寿命和剩余寿命进行预测。 [1]. 罗艳利, 胡明敏, and 方义庆, 基于疲劳寿命计的桥梁载荷谱识别研究. 理化检验(物理分册), 2005(08): p. 387-390. 疲劳寿命计是结构承载过程中理想的疲劳状态监测元件,其电阻产生的不可逆变化反映了结构的疲劳加载历程。首先比较分析了普通应变片和疲劳寿命计在实际应用中的优劣,然后在采用恒幅加载实验研究其基本测试性能的基础上,通过多级加载实验进一步证实了疲劳寿命计电阻响应规律的正确性,由此研究分析了桥梁等大型结构在实际的瑞利分布载荷作用下的疲劳加载历程,并对其使用寿命和剩余寿命进行预测。 [1]. 孙乐and 胡明敏, 基于数字疲劳传感器的桥梁载荷谱研究. 江苏航空, 2008(S1): p. 91-93. 数字疲劳传感器是一种电阻响应传感器,其核心元件疲劳计是由特殊退火处理康铜材料制成的,具有不逆电阻疲劳载荷响应的特性,在交变载荷作用下该传感器产生不可逆电阻改变,而且电阻的变化可以反映结构疲劳加载历程,是一种理想的结构状态监测装置。本文首先阐述了其基本特性和工作原理,然后根据桥梁载荷谱的瑞利分布特点,设计了双疲劳计响应载荷谱测定方法,得到疲劳传感器电阻变化与桥梁瑞利载荷谱的对应关系。最后介绍了基于该传感器的疲劳载荷监测系统和在东海大桥监测应用情况。 [1]. 陈景杰, 黄一, and 李玉刚, 考虑疲劳载荷相互影响的修正的Miner准则研究. 中国造船, 2014(03): p. 36-42. 自定义荷载工况和组合 自定义荷载工况和组合功能，可把用户输入的一组荷载按照用户自定义的工况组合进行设计。 自定义荷载的类型有恒载、活载、消防车荷载，下一步增加风荷载、地震荷载和人防荷载类型。 对于活荷载使用自定义工况，主要解决四个方面的问题： 1、活荷载的不利布置问题，即可在自定义的活荷载工况之间设置设计需要的各种不利布置组合。 软件对于一般活荷载（即在荷载输入主菜单下输入的活荷载）的活荷不利布置的处理比较简单，只在各楼层内分别进行，楼层之间不考虑不利布置，只是叠加处理。在楼层之内也仅限于对梁杆件进行不利布置，按各房间单独布置活荷，再取包络和叠加的结果。没有考虑柱、墙和斜撑的不利布置。 YJK把活荷载可区分为一般活荷载和自定义活荷载，对于一般活荷载仍按照传统的简单组合方式计算，对于自定义工况活荷载，可以在用户输入的不同组的活荷载之间，由用户定义它的不利布置组合，从而适应活载较大等复杂情况的计算，如工业建筑常有的活荷载布置的状况。 2、活荷载折减 以前软件考虑的活荷载折减，是柱墙考虑其上楼层数的折减，它只适应荷载规范中规定的住宅、办公等类型活荷载折减。对于其它种类的活荷载可当作自定义活荷载输入，自定义荷载工况选择活荷载时，设置了重力荷载代表值系数、墙柱构件和梁构件活荷载折减系数参数，可对自定义的活荷载指定单独的墙柱构件活荷载折减系数和梁构件的活荷载折减系数，从而适应荷载规范中多种活荷载类型的折减。 3、自定义荷载工况组合时的荷载分项系数和组合系数 例如，荷载规范3.2.5规定，可变荷载的分项系数，一般情况下应取1.4，对标准值大于4kN/m2的工业房屋楼面结构的活荷载应取1.3。 可将标准值大于4kN/m2的工业房屋楼面结构的活荷载按照自定义活荷载工况输入，取该工况与其它活荷载工况为叠加或叠加+包络组合关系，然后在组合系数表中人工修改相应的系数。 一、建模中设置自定义工况菜单 在建模的主菜单中设置“自定义工况”菜单，用来输入用户自定义的荷载工况，这样建模的一级菜单为轴线网格、构件布置、楼板布置、荷载输入、自定义工况、楼层组装、空间结构共七项。 各种事故工况下全阀泄放量的计算 1、阀门误关闭 a 、出口阀门关闭，入口阀门未关闭时，泄放量为被关闭的管道最大正常流量。 b 、管道两端的切断阀关闭时，泄放量为被关闭液体的膨胀量。此类安全阀的入口一般不大于DN25。但对于大口径、长距离管道和物料为液化气的管道，液体膨胀量按式(公式一)计算。 c 、换热器冷侧进出口阀门关闭时，泄放量按正常工作输入的热量计算，计算公式一。 d 、充满液体的容器，进出口阀门全部关闭时，泄放量按正常工作输人的热量计算。按公式一计算液体膨胀工况的泄放量: ()p l C G H B V ??=/ （公式一） V -体积流量，h m /3； B -体积膨胀系数，℃/l ； H -工作条件下最大传热量，h J /k ； l G -液相密度，3/m kg ； p C -定压比热，()℃kg kJ / 2、循环水故障 a 、以循环水为冷媒的塔顶冷凝器，当循环水发生故障(断水)时，塔顶设置的安全阀泄放量为正常工作工况下进入冷凝器的最大蒸汽量。 b 、以循环水为冷媒的其它换热器，当循环水发生故障(断水)时，应仔细分析影响的范围，确定泄放量。 3、电力故障 a 、停止供电时，用电机驱动的塔顶回流泵、塔侧线回流泵将停止转动，塔顶设置的安全阀的泄放量为该事故工况下进入塔顶冷凝器的蒸汽量。 b 、塔顶冷凝器为不装百叶的空冷器时，在停电情况下，塔顶设置的安全阀的泄放量为正常工作工况下，进入冷凝器的最大蒸汽量的75%。 c 、停止供电时，要仔细分析停电的影响范围，如泵、压缩机、风机、阀门的驱动机构等，以确定足够的泄放量。 4、不凝气的积累 a 、若塔顶冷凝器中有较多无法排放的不凝气，则塔顶设置的安全阀的泄放量与“循环水故障”规定相同。 b 、其它积累不凝气的场合，要分析其影响范围，以确定泄放量。 5、控制阀故障 海上与陆地风机发电机组设计载荷工况的分析对比 邓英温和旭姚兴佳衣传宝王建国 沈阳工业大学风能技术研究所 110023 沈阳辽宁 摘要文章从兆瓦级风力发电机的结构特点和应用范围角度上，给出了海上和陆地风力发电机组主要特点和区别，特别是较详细的给出了海上风力发电机组四种工况41个条件下的载荷工况，与陆地风力发电机组IEC规定的载荷工况进行对比，得到机组设计中正常工况载荷、极端工况载荷、特殊工况载荷及安装运输工况载荷的主要特性，海上和陆上风机的载荷工况特点；特别是提出了设计中应当注意的几个问题，在进行技术设计时，首先是机组安全设计，然后是可靠性和使用寿命设计，最终达到海上风力发电机组可靠稳定运行。 1、概述 随着陆地风力发电技术的的日益成熟，陆地上的有限风能相继开发，人们又想到了海上丰富风能资源，考虑建设海上风电场。海上风电场的风速高于陆地风电场的风速，但海上风电场与电网联接的成本比陆地风电场要高。综合上述两个因素，海上风电场的成本和陆地风电场基本相同。这样一股建设海上风电场的的热潮在世界范围掀起，海上风力发电机的组成为业内关注的焦点，它与陆地风力发电机组的区别主要体现在地基建设的难度高，机组各部件载荷比陆地机组强度大，安全设计采用特殊安全等级。从外部特征上表现在不同之处如下：（1）、电网连接 国外好多海上风电场电网没有直接并网，而是采用AC(交流输电线)方式并入该地区的输电系统。但有些风电场如瑞典、挪威和德国的其联网方式采用直流方式，输电方式采用高压直流输电。 （2）、敷设海底电缆 海上风电场通过敷设海底电缆与主电网并联，为了降低捕鱼工具、锚等对海底电缆造成破坏的风险，海底电缆必须埋起来。如果底部条件允许，可用水冲海床(使用高压喷水)，然后使电缆置入海床而不是将电缆掘进或投入海床，这样做的方法最好。 （3）、联结电压 对于120-150兆瓦容量的风电场与30～33千伏的电压等级相联时，每个风电场中，会有一个30～150千伏变电站的平台和相应的辅助设备。与大陆的联结采用150千伏电压等级。 （4）、远程监控 海上风电场远程监控要比陆地远程监控更重要一些，海上风电场的工作人员难于跑到现场观测机组，采用远程智能监控更利于运行管理。（5）、定期检修 在天气条件比较恶劣的情况下，维修人员很难接近风机，风机得不到正常检修和维护，就会存在安全隐患。所以，确保海上风机高可靠性显得尤其重要。对于一些偏远的海上风电场，应合理设计风机的定期检修程序。 （6）、实验运行 为了保证机组的可靠性，海上风力发电机组必须通过实验运行，来验 时程荷载工况中几个选项的说明 动力方程式如下： 在做时程分析时，所有选项的设置都与动力方程中各项的构成和方程的求解方法有关，所以在学习时程分析时，应时刻联想动力方程的构成，这样有助于理解各选项的设置。另外，正如哲学家所言：运动是绝对的，静止是相对的。静力分析方程同样可由动力方程中简化(去掉加速度、速度项，位移项和荷载项去掉时间参数)。 0.几个概念 自由振动: 指动力方程中P(t)=0的情况。P(t)不为零时的振动为强迫振动。 无阻尼振动: 指[C]=0的情况。 无阻尼自由振动: 指[C]=0且P(t)=0的情况。无阻尼自由振动方程就是特征值分析方程。 简谐荷载: P(t)可用简谐函数表示，简谐荷载作用下的振动为简谐振动。 非简谐周期荷载: P(t)为周期性荷载，但是无法用简谐函数表示，如动水压力。 任意荷载: P(t)为随机荷载(无规律)，如地震作用。随机荷载作用下的振动为随机振动。 冲击荷载: P(t)的大小在短时间内急剧加大或减小，冲击后结构将处于自由振动状态。 1.关于分析类型选项 目前有线性和非线性两个选项。该选项将直接影响分析过程中结构刚度矩阵的构成。 非线性选项一般用于定义了非弹性铰的动力弹塑性分析和在一般连接中定义了非线性连接(非线性边界)的结构动力分析中。当定义了非弹性铰或在一般连接中定义了非线性连接(非线性边界)，但是在时程分析工况对话框中的分析类型中选择了“线性”时，动力分析中将不考虑非弹性铰或非线性连接的非线性特点，仅取其特性中的线性特征部分进行分析。 只受压(或只受拉)单元、只受压(或只受拉)边界在动力分析中将转换为既能受压也能受拉的单元或边界进行分析。 如果要考虑只受压(或只受拉)单元、只受压(或只受拉)边界的非线性特征进行动力分析应该使用边界条件>一般连接中的间隙和钩来模拟。 2.关于分析方法选项 目前有振型叠加法、直接积分法、静力法三个选项。这三个选项是指解动力方程的方法。关于振型叠加法、直接积分法可以参考一些动力方程方面的书籍。 振型叠加法是将多自由度体系的动力反应问题转化为一系列单自由度体系的反应，然后再线性叠加的方法。其优点是计算速度快节省时间，但是由于采用了线性叠加原理，原则上仅适用于分析线弹性问题，当进行非线性动力分析时或者因为装有特殊的阻尼器而不能满足阻尼正交(刚度和质量的线性组合)时是不能使用振型叠加法的。 直接积分法是将时间作为积分参数解动力方程式的方法，又称为时域逐步积分法。直接 若用ANSYS进行设计，往往要计算很多种工况组合，如果加载能分开加载独立计算然后结果叠加（仅限于弹性阶段）则效率可提高不少，下面推荐几个命令即可达到这种效果。 !★加自重——————————————————★1★ allsel,all acel,0,0,0 fdele,all,all,all sfadele,all,all,all acel,,,10 lswrite,1 allsel,all ……………… lswrite,N_LOAD !可加其他荷载，自己定义 allsel,all outpr,all,all lssolve,1,N_LOAD,1 !对各荷载独立求解 fini !荷载组合 /post1 allsel,all lcase, 1 !读出自重荷载下的结构响应 lcoper,add,2 !加上荷载2 lcwrite,31 !作为工况组合31 当然可以用lcfact定义荷载的分项系数，再进行组合。 善用这些命令，对于设计（往往是很多工况组合）就比较方便了 /post1 lcdef,1,1 lcdef,2,2 lcdef,3,3 lcdef,4,4 !定义四种工况，分别为四种荷载下的计算结果 lcfact,1,1.2 lcfact,2,1.4 lcfact,3,1.19 lcfact,4,1.4 !指定各工况的组合系数 lcase,1 !读入工况1，database＝1 sumtype,prin !指定加操作的对象 lcoper,add,2 !荷载组合，database＝database＋2 lcoper,add,4 !荷载组合，database＝database＋4 lcoper,lprin !计算线性主应力 lcwrite,11 !把database结果写到工况11,即恒荷载＋活荷载＋吊车荷载的结果 lcase,1 lcfact,2,1.19 lcfact,4,1.19 !改变组合系数 sumtype,prin lcoper,add,2 lcoper,add,3 lcoper,add,4 lcoper,lprin lcwrite,12 !把database结果写到工况12,即恒荷载＋活荷载＋吊车荷载＋风荷载的结果 !... ...其他荷载组合 !之后使用lcase,n 就可调入工况n，并查看它的变形和内力 !可使用如下命令流得到工况11和12，13的较大者99,进而查看最大应力 lcase,11 lcase,min,12 lcase,min,13 lcwrite,98 lcase 98 !查看工况98的应力分布... ... lcase,11 lcase,max,12 lcase,max,13 lcwrite,99 lcase 99 !查看工况99的应力分布... ... 以下为定义和读取荷载工况用到的一些命令： LCDEF_从结果文件中的一列结果产生荷载工况 LCDEF, LCNO, LSTEP, SBSTEP, KIMG LCNO：随意的指针数（1－99），要赋给LSTEP，SBSTEP和FILE命令指定的荷载工况。缺 省为1加前一个值。 LLSTEP：要定义为荷载工况的荷载步的编号。缺省为1。 SBSTEP：子荷载步的编号。缺省为荷载步的最后一个子荷载步。 KIMG：仅用于复数分析0－用复数分析的实部1－用虚部 注意：通过建立一个指向结果文件中的一列结果的指针产生一个荷载工况。这个指针(LCNO)可以用在LCASE或LCOPER命令中来读荷载工况数据到数据库中。 离心泵并联后工况计算方法 文章热度：1710 ?一、水泵并联特性曲线的绘制 ??? ISW卧式管道离心泵并联工作就相当于有一台假想水泵，这个假想水泵的工况等于并联水泵的工况，这个假想水泵的性能曲线也等于并联后水泵的特性曲线。并联后水泵的特性曲线(假想水泵的特性曲线)可以采用等扬程条件下流量叠加的方法绘制。具体步骤如下。 ??? 首先，将并联的两台水泵的Q-H曲线l、Ⅱ绘在同一坐标图上；然后把对应于同一日值的各个流量加起来，如图1-21所示，把1号泵(Q-H)曲线上的1、1’、1’’，分别与Ⅱ号泵Q-H曲线上的2、2’、2’’各点的流量相加，则得到工、Ⅱ号水泵并联后的流量3、3’、3’’，然后连接 曲线。 3、3’、3’’各点即得水泵并联后的总和(Q-H) 1+2 ??? 这种等扬程下流量叠加的方法，实际上是将管道水头损失视为零的情况下来求并联后的工况点。但在实际工程中管路布置可能是不同的，水泵型号可能不是同一型号，水头损失也不相同，因此，并联工作的各水泵的扬程就不同。在这种情况下不能直接采用等扬程条件下流量叠加的方法绘制并联后水泵的特性曲线，只能用折引的方法求出折引后的并联水泵的特性曲线。 ??? 二、IS、IR卧式单级单吸清水离心泵并联工况图解法 ??? (一)同型号、同水位、管路相同的两台水泵并联工况图解法 ??? 1．首先绘制两台水泵并联特性曲线(Q-H) 1+2 ??? 如图1-22所示，在坐标图上绘出l、2两台水泵的特性曲线，由于两台水泵型号相同，所以特性曲线相同。由于两台水泵同在一个吸水井中抽水，从吸水口A、B两点至压水管交汇点的管径相同，长度也相等，故E hA0一∑hB0，静扬程又相等，因此，两台水泵的扬程相等。这样就可以采用等扬程下流量叠加的方法绘制水泵并联特性曲线(Q—H)1+2。具体步骤是先在(Q-H)1，2曲线 文章编号：１００８－７８４２（２０１３）０２－００２１－０５ 基于随机载荷谱的构架疲劳强度研究 杨亮亮１，张尚敬２，傅茂海３，罗世辉１ （１ 西南交通大学 牵引动力国家重点实验室，四川成都６１００３１； ２ 南京浦镇车辆有限公司 转向架开发部，江苏南京２１００３１； ３ 西南交通大学 机械工程学院，四川成都６１００３１ ）摘 要 考虑构架结构弹性振动的影响，基于随机载荷谱的方法对转向架构架进行疲劳寿命分析。为了定性地检验随机疲劳寿命的正确性，将计算得到的疲劳寿命薄弱区与基于ＵＩＣ方法理论计算及试验得到的疲劳强度危险区进行比较。对比结果表明，两种方法得到的构架疲劳危险区域基本一致，而基于随机载荷谱的疲劳分析方法预测出构架疲劳寿命更保守。 关键词 弹性构架；随机载荷；疲劳强度；疲劳试验 中图分类号：Ｕ２６０．１１ 文献标志码：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ ．ｉｓｓｎ．１００８－７８４２．２０１３．０２．０６ 转向架是铁道机车车辆最核心的部件之一， 承担着车辆的牵引、制动和承载作用，直接影响到车辆运行的 安全性和可靠性。其中构架又是转向架的承载主体， 传递并衰减轮轨与车体的振动。随着运行速度的提高，轮轨之间的激扰频率也逐渐增大，构架在传递振动的过程中也会产生自身结构的弹性振动，可能会恶化构架局部 结构的受力状态，从而大大减低构架的疲劳寿命［ １］ 。所以， 有必要研究随机载荷谱下考虑悬挂振动和结构振动的构架疲劳寿命。此外，为了定性地检验随机疲劳寿命的正确性，将计算得到的疲劳寿命薄弱区与基于ＵＩＣ－ ＯＲＥ方法的疲劳强度危险区进行比较， 并作出相应的说明和建议。 １ 构架结构及其有限元模型 计算转向架构架采用焊接Ｈ型模式，其主结构由侧梁、横梁和制动横梁组成。其中，侧梁和横梁均为由上盖板、下盖板、腹板拼焊而成的箱型结构，制动横梁为无缝圆钢管结构，如图１、图２所示。侧梁外侧对称布置二系垂向和抗蛇行减振器座，中部焊接有二系空气弹簧安装座，下部焊接的轴箱定位转臂弹性节点座和一系弹簧筒；横梁中部焊接横向档座、抗侧滚扭杆安装座、横向减振器座和牵引拉杆座等；两根制动横梁上各焊接两个制动吊座。除转臂节点座、弹簧筒等铸钢件采用材料 ＺＧ２５ＭｎＮｉ（Ｂ级钢）外，构架其余结构均采用Ｑ３４５Ｅ低 合金高强度结构钢制造［ ２］ 。２ 构架疲劳强度分析 ２．１ 基于随机载荷谱的疲劳寿命预测 构架的随机疲劳寿命分析需要结合多体动力学、有限元和疲劳强度等理论并通过ＭＢＳ与ＦＥＭ联合分析手段实现，其基本流程如图３所示。 １－倒梁；２－横梁；３－辅助横梁；４－抗侧滚扭杆座；５－横向挡座； ６－轴箱定位转臂座；７－牵引拉杆座；８－盘形制动吊座； ９－手制动安装座；１０－高度阀安装座；１１－横向减振器座；１２－空气弹簧安装座；１３－风管安装座；１４－抗蛇行减振器座；１５－二系垂向减振器座；１６－一系垂向减振器座。 图１ 构架结构组成 图２ 构架有限元模型 杨亮亮（１９８６—）男，安徽淮北人，博士研究生（修回日期：２０１２－１２－２０ ）第３３卷第２期２０１３年４月 铁道机车车辆ＲＡＩＬＷＡＹ ＬＯＣＯＭＯＴＩＶＥ ＆ＣＡＲ Ｖｏｌ．３３ Ｎｏ．２ Ａｐ ｒ． ２０１３ ANSYS荷载工况组合计算实例 ?1相关命令 ? 1.1 LCDEF ? 1.2LCFACT ? 1.3SUMTYPE ? 1.4LCOPER ? 1.5LCASE1 ? 1.6LCWRITE ? 1.7其他命令 ?2实例 在实际工程计算中，往往需要分析多种不同荷载组合总用下的结构响应，比如恒载、活荷载、风荷载等的组合，有些是荷载位置不同，有些则是荷载大小差异。 ANSYS做不同荷载工况组合分析，要么是每一种工况用单独的APDL进行运算，每个工况一套文件；要么就是利用分析结果，在一个计算文件中，用不同的荷载步定义荷载组合，再用工况组合功能来实现我们的分析目标。 下面总结一下实现荷载工况组合的方法 1.相关命令 1.1. LCDEF LCDEF, LCNO, LSTEP, SBSTEP, KIMG 从结果文件中创建一个工况 其中常用参数为： LCNO 工况编号，是1~99之间的一个数字，作为指针，将工况与计算文件中的荷载步和荷载子步联系起来 LSTEP 用于定义工况的荷载步 SBSTEP 用于定义工况的荷载子步，默认为荷载步的最后一个子步 KIMG 用于复数分析，0-用实部；1-用虚部 1.2.LCFACT LCFACT, LCNO, FACT 定义工况的分项系数 其中，Lcno为工况编号，fact为分项系数 1.3.SUMTYPE SUMTYPE, Label 为工况组合设置数据组合类型 Lable参数有两个选项，分别为 ?COMP—Combine element component stresses only. Stresses such as average nodal stresses, principal stresses, equivalent stresses, and stress intensities are derived from the combined element component stresses. Default. 此选项为只将单元应力进行组合，节点平均应力、主应力、等效应力等则从组合后的单元应力中求解(不知道这样理解是否合适呢。。。)?PRIN—Combine principal stress, equivalent stress, and stress intensity directly as stored on the results file. Component stresses are not available with this option.对主应力、等效应力、应力强度等直接根据结果文件进行组合。所以平时在计算主应力等结果时候多用次选项。 1.4.LCOPER LCOPER, Oper, LCASE1, Oper2, LCASE2 对荷载工况进行操作 Oper ?ZERO—Zero results portion of database (LCASE1 ignored).结果数据库中为零的部分？?SQUA—Square database values (LCASE1 ignored).数据结果取平方 ?SQRT—Square root of database (absolute) values (LCASE1 ignored).结果数据开平方根?LPRIN—Recalculate line element principal stresses (LCASE1 ignored). Stresses are as shown for the NMISC items of the ETABLE command for the specific line element type.计算线性主应力 ?ADD—Add LCASE1 to database values.将工况1增加到求解数据库中?SUB—Subtract LCASE1 from database values.将工况1从求解数据库中删除?SRSS—Square root of the sum of the squares of database and LCASE1.将求解数据库和工况1之和进行开平方 ?MIN—Compare and save in database the algebraic minimum of database and LCASE1.将数据库和工况1中的代数比较小者存入现有数据库 ?MAX—Compare and save in database the algebraic maximum of database and LCASE1.将数据库和工况1中的代数较大者存入现有数据库 ?ABMN—Compare and save in database the absolute minimum of database and LCASE1 (based on magnitudes, then apply the corresponding sign).将数据库和工况1中绝对值较小者存入现有数据库 ?ABMX—Compare and save in database the absolute maximum of database and LCASE1 (based on magnitudes, then apply the corresponding sign).将数据库和工况1中绝对值较大者存入现有数据库 1.5.LCASE1 First load case in the operation (if any). See LCNO of the LCDEF command. If ALL, repeat operations using all selected load cases .工况运算的第一个工况，由LCDEF命令指定，如果为all，则对所有已选择的工况重复命令。 Oper2 MULT—乘法运算: LCASE1*LCASE2 CPXMAX—此选项用于复数运算，将工况1作为实部，工况2作为虚部。This option does a phase angle sweep to calculate the maximum of derived stresses and equivalent strain for a complex solution where LCASE1 is the real part and LCASE2 is the imaginary part. The Oper field is not复合载荷工况下特殊螺纹油套管接头三维有限元分析
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