大型振动流化床横梁疲劳断裂的试验研究与有限元分析

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振动流化床广泛用于冶金、煤炭、石油、化工等工业领域。由于振动流化床在较高振动频率下工作,承受较大的交变激振力,横梁断裂的现象时有发生,大型振动流化床横梁断裂现象更为突出。因为横梁疲劳失效前往往不会出现明显的宏观塑性变形,破坏十分突然,因此经常造成灾难性的事故。所以,本文对横梁结构特别是危险部位进行疲劳断裂研究分析和寿命估算,这对于提高振动流化床的工作可靠性,预防疲劳断裂事故的发生显得非常重要。  本文以大型振动流化床用GH4169合金为研究对象,开展室温大气环境中不同应力比条件下的疲劳裂纹扩展试验。采用断裂力学法,分别研究了切口半径和应力比对GH4169合金疲劳裂纹萌生寿命的影响。研究结果显示,以△KI/√ρ为控制参量的疲劳裂纹萌生寿命曲线,可以较好地预测合金的裂纹萌生寿命。不同切口半径条件下,以△KI/√ρ为控制参量的裂纹萌生寿命曲线与S-N曲线相仿,存在与裂纹扩展门槛值类似的疲劳裂纹萌生门槛值。控制参量△KI/√ρ存在一个临界值,当控制参量大于临界值时,疲劳裂纹萌生寿命随应力比的增大而增加;当控制参量小于临界值时,疲劳裂纹萌生寿命随应力比的增大而减小。  Paris公式回归分析结果表明,裂纹扩展速率随应力强度因子和应力比的增大而增大,含门槛值的修正Paris公式对于描述低应力强度因子范围内疲劳裂纹扩展规律具有较好的精度,含断裂韧度的一般表达式能精确描述疲劳裂纹扩展行为。  运用ANSYS有限元软件,找出横梁危险部位。结合现代疲劳理论知识为基础,分析横梁破坏的原因,确定适用振动流化床横梁的疲劳寿命分析方法,计算预测出无制造缺陷的横梁在近似实际情况下的疲劳寿命。此外,采用线弹性断裂力学理论方法,对已产生裂纹的横梁进行剩余寿命估算,计算并绘制出裂纹长度与横梁剩余寿命的曲线图,得到裂纹扩展规律。为振动流化床横梁疲劳寿命预测提供了科学方法。  本文提出的方法具有重要的工程实用价值,为振动流化床横梁的安全运行和修复处理提供了重要的理论依据。对于延长振动流化床使用寿命进而提高振动流化床在生产活动中的生产效率具有重要意义。
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