浅析有限元中的锤钎杆的优化及疲劳

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　　钎杆初始结构尺寸如图l所示，所选用的材料是42CrMo,其主要参数性能为：弹性模量E=212GPa。 图1 钎杆初始结构尺寸
　　泊松比u=0.28，屈服强度=930MPa。

　　由于活塞打击钎杆后，能量以应力波的形式传递，由波动理论可知作用在钎杆上的载荷和动态凿入系数相关，动态凿入系数是指某一岩石对一给定直径的压头(或钎头)产生单位凿深所需的力，经试验后通常取钎头直径时的动态凿入系数。对于不同直径的钎杆，可认为其凿头直径等于凿杆(钎杆)直径，其对应的凿入系数
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　　经核算动态凿入系数约为625。由于液压锤的活塞和钎杆都属于大尺寸结构件。尺寸愈大的构件其发生微裂纹扩展的概率愈大，根据疲劳强度统计理论，在强度校核中应考虑尺寸影响系数，算出当量应力值。尺寸影响系数为：

　　式中—构件直径比;n—材料常数。考虑尺寸影响的当量应力值。经计算=1.41，由于钎杆在使用过程中，会出现不同的使用工况，本文只对钎杆在垂直于工作对象的状态下进行静力学分析，所以要求在工作时承受应力不得超过许用应力320MPa，安全系数≥3。此外，在满足强度的前提下，获得最优结构尺寸和重量，以满足经济性的设计要求。SolidWorks重庆


　　静态研究阶段所关注的重点是零件所承受的最大应力和设计安全系数。在软件SolidWorks状态下启动SolidWorks SimulationWorks管理程序，建立静态研究算例，并设置结算器为Direct sparse,按工况要 钎杆初始结构尺寸如图l所示，所选用的材料是42CrMo,其主要参数性能为：弹性模量E=212GPa。


　　求添加材质、约束及压力并进行网格化分。为了保证计算的精确度，本文中采用四面体网格，网格的大小为9.449mm，共计50149个单元。运行静态研究获得钎杆的应力、设计安全系数如图2所示。由图2可知钎杆承受最大应力为284MPa，小于材料的屈服强度;设计最小安全系数为3.27，满足设计要求。

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