[发明专利]一种臂架疲劳分析方法

说明书

本发明公开一种臂架疲劳分析方法，包括以下步骤：建立臂架三维模型，并建立臂架的网络模型；对臂架进行运动仿真，获取每时刻下的位置和负载情况的离散化数据；选取若干个臂架运动数据，获取静力学的应力分析云图以及相关数据；寻找臂架应力偏大的区域，综合应力分析结果，得出该区域内的应力曲线；在标准工况下对臂架的三维模型进行实验，并对应力分析云图和应力曲线进行对比分析；结合臂架的变形情况，通过疲劳分析获取臂架的疲劳寿命云图和疲劳寿命数据结果；判断臂架疲劳强度要求是否合格，提出优化方案。本发明采用静力学分析技术和利用大量静力学分析来代替动力学分析，以此更加快捷且有效完成对臂架的应力分析和疲劳分析。

技术领域

本发明涉及一种应力分析方法，具体涉及一种臂架疲劳分析方法。

背景技术

臂架工作时会随着工件负载运动而产生不断变化的应力，当臂架受到这种多次重复变化的载荷作用后，即使应力值始终没有超过材料的强度极限，臂架仍然有可能出现破坏现象——这就是疲劳破坏。疲劳失效是臂架最常见结构失效的原因之一，因此在设计臂架或者优化臂架的使用寿命时，需通过疲劳分析计算产品的疲劳寿命，才能确保其正常使用的工作时间。

目前常用的方法是根据臂架模型在标准工况下受到的外力最大值作为载荷，通过静态的有限元分析获取臂架的应力分析云图，与实际零件工作中测试所得应力进行对比。若存在严重不符的应力区域，则需要修改模型参数、调整约束条件等方式进行优化，直至出现契合度较高的应力曲线；最后再进行疲劳分析，以此获取臂架的疲劳寿命云图，得到臂架在正常工况下疲劳损伤最严重的区域的预估疲劳寿命值。

由于臂架在实际工作过程中长期保持运动状态，不同时刻臂架的位置和速度都会发生变化，各因素作用下的应力结果与仅单一的负载所得的结果存在明显的差异，因此计算所得的应力结果与实际应力峰值的区域和大小都存在偏差。若对臂架进行动力学分析，但现有软件技术使用动力学分析较为困难，尤其针对复杂的零件，难以得到精确的应力结果，同时在计算时对约束条件、网格化模型等方面均有较高的要求，且难以得到收敛的应力分析结果，需要花大量的时间进行检验和校对，也不利于之后疲劳分析以及优化臂架设计。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，提供一种臂架疲劳分析方法，该方法能够快捷且精准地地完成对臂架的应力分析和疲劳分析，以便得出臂架的疲劳分析结果以及优化方向。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种臂架疲劳分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）根据臂架实际形状和尺寸建立三维模型，通过有限元法建立臂架的网络模型，并设置臂架参数；

（2）对臂架进行正常工况下的运动仿真，测量在一次循环运动中臂架受到随时间变化的运动数据，该运动数据包括负载大小和位置；通过对臂架的运动数据进行离散化，形成一系列相对静止状态，从而得到臂架在每时刻下的位置和负载情况的离散化数据；

（3）根据所述离散化数据，在臂架工作时间范围内，选取均匀的若干时刻下的臂架运动数据，从而形成若干个臂架待测模型；确定每个臂架待测模型的负载大小和位置后，分别对各个臂架待测模型进行有限元分析，得到一系列静力学的应力分析云图以及相关数据；

（4）根据步骤（3）中所得到的应力分析云图及相关数据结果，寻找臂架在工作过程中应力偏大的区域，并以该区域作为研究对象，综合应力分析结果，得出该区域内的应力曲线；

（5）在标准工况下对臂架的三维模型进行实验，观察对比臂架损伤最严重的区域位置信息与步骤（3）中所述的应力分析云图是否相似，再比较步骤（4）中所得出的应力曲线与实际测量所得应力曲线；若在标准工况下臂架损伤最严重的区域位置信息与步骤（3）中所述的应力分析云图存在明显的偏差或步骤（4）中所得出的应力曲线与实际测量所得应力曲线存在明显的偏差，则返回步骤（3），并在步骤（3）中选取更多的臂架待测模型，直至计算所得的应力曲线与标准工况实验所得的应力曲线结果相近；