疲勞壽命仿真分析是建立在試驗基礎(chǔ)上的一門新興學(xué)科,由于影響結(jié)構(gòu)疲勞性能的參數(shù)比較多,各個參數(shù)離散性也比較大,因此很長時間以來難以應(yīng)用于工程實踐。但是近年來,隨著疲勞理論的不斷完善,加之計算機輔助分析技術(shù)的日臻成熟,出現(xiàn)了有限元結(jié)構(gòu)疲勞強度研究的方法,并且開始廣泛應(yīng)用于工程實踐中。
波紋補償器作為一個彈性、承壓零件,它的主要失效形式為疲勞破壞。補償器的使用壽命在10萬次以內(nèi)的,用初始裂紋法(E-N法)進行疲勞壽命分析;補償器的使用壽命在10萬次以上的,用全壽命分析法(S-N法)進行疲勞壽命分析。影響波紋補償器疲勞壽命的因素很多,其中主要的因素有補償器的幾何參數(shù)、成形時壁厚減薄、加工硬化、熱處理狀態(tài)、材料循環(huán)特性、工作條件等。
應(yīng)用有限元法分析波紋補償器疲勞壽命的一般步驟是先用結(jié)構(gòu)分析軟件進行應(yīng)力分析,然后將應(yīng)力分析的結(jié)果讀入疲勞分析軟件中進行疲勞壽命分析。圖中為某種波紋補償器分別承受內(nèi)壓和外壓兩種工作條件下的波紋管局部壽命分布圖。
波紋補償器疲勞壽命分布圖
由圖可知,兩種工況下的補償器薄弱位置都集中在波谷外壁,受內(nèi)壓7MPa時的小壽命為19700次,而受外壓14MPa時的小壽命4400次。