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掌握機械結(jié)構(gòu)的破壞規(guī)律、估算其疲勞壽命，在工程領(lǐng)域內(nèi)有著十分重要的意義。但是對零部件的疲勞壽命預(yù)測多采用靜強度的方法，這種方法沒有依據(jù)零部件的真實受載狀況，因而致使預(yù)測結(jié)果不準(zhǔn)確，極大地浪費財力和物力。針對此問題，文中在對某振動篩的篩體進(jìn)行應(yīng)力仿真和試驗的基礎(chǔ)上，對振動篩實際的動應(yīng)力曲線進(jìn)行分析，找到適合振動篩的壽命估算方法，并對該振動篩壽命進(jìn)行計算。 所采用的技術(shù)路線是：先在有限元軟件ANSYS中進(jìn)行仿真分析，得到應(yīng)力最大點；選擇10個應(yīng)力較大點，通過貼應(yīng)變片測量應(yīng)力應(yīng)變，得到振動篩的實際動應(yīng)力曲線，并來驗證仿真模型是否正確；由動應(yīng)力曲線可得到振動篩的載荷譜，再由修正的S-N曲線和修正Miner法則進(jìn)行壽命估算。
將振動篩在Pro/E中進(jìn)行建模，建模完成存為IGS格式后導(dǎo)入ANSYS中進(jìn)行分析。先對振動篩進(jìn)行靜力分析，振動篩側(cè)板采用板殼SHELL63單元，中間橫梁采用梁單元BEAM44，板與梁的連接設(shè)為剛性連接。將激振力加入模型中，同時加入4組彈簧單元COMBIN40。模型如圖所示，ANSYS中網(wǎng)格的劃分及激振力的加載如圖所示。在ANSYS中設(shè)定，向為沿振動篩長度方向，Y向為豎直方向，X向為垂直于篩板方向(以下所有方向都按此設(shè)定)。ANSYS靜力仿真的總應(yīng)變趨勢分布圖如圖所示，振動篩由圖所示，振動篩在連接振動梁的兩側(cè)板上受力集中，最大點為9.2 MPa，其他位置受力很均勻，沒有突然變形，符合實際中振動篩的破壞位置。由圖可知振動篩：方向上受力很小，大部分在1.9-1.2MPa之間，所以實際測量中只需測x，y兩方向上的力。
在振動篩上粘貼應(yīng)變片通過應(yīng)變儀來測得其應(yīng)變值。由于應(yīng)變儀不便處理數(shù)據(jù)，在實際測量中將應(yīng)變儀與數(shù)據(jù)采集儀連接，這時的應(yīng)變儀起增強信號的作用。數(shù)據(jù)采集儀靈敏度不高，如果信號不進(jìn)行增強，數(shù)據(jù)采集儀將采集不到信號。整個測試系統(tǒng)如圖所示。應(yīng)變片貼片位置如圖所示，應(yīng)變片采用雙臂電橋補償，在同一位置分別測量2個相互垂直的位置。試驗振動篩處在空載常溫狀態(tài)下，試驗現(xiàn)場如圖所示，應(yīng)力的仿真數(shù)據(jù)與測試數(shù)據(jù)的比較如表所示。貼片位置說明：貼片1，2分別對稱布置在左右加強板上；3，4，5都在篩箱側(cè)板；6在進(jìn)料口處減振彈簧后側(cè)面板；7在出料口處減振彈簧左側(cè)面板；8在進(jìn)料，實際測量的應(yīng)力值比仿真值偏大，誤差基本在20%以內(nèi)，所以，ANSYS模型是基本符合實際情況的，可作為進(jìn)一步分析的依據(jù)。同時發(fā)現(xiàn)，空載常溫工作時篩體最大應(yīng)力值為11.81 MPa。由儀器中測得的應(yīng)變片的應(yīng)變位移曲線如圖所示。載荷譜一般根據(jù)規(guī)范或?qū)崪y得到，然后依據(jù)統(tǒng)計的方法，將載荷譜轉(zhuǎn)化為應(yīng)力譜。一個零構(gòu)件或結(jié)構(gòu)疲勞壽命估算的準(zhǔn)確性在很大程度上取決于所確定的載荷譜的準(zhǔn)確性。
在受力物體形狀突然改變或材料不連續(xù)的地方會出現(xiàn)應(yīng)力局部增大的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象叫做應(yīng)力集中。應(yīng)力集中的嚴(yán)重程度用理論應(yīng)力集中系數(shù)KT表示；名義應(yīng)力有兩種定義：一是凈面積應(yīng)力，為缺口處凈截面上的名義應(yīng)力，計算時選取不同的截面會對應(yīng)力集中系數(shù)產(chǎn)生一定的影響，一般是凈面積應(yīng)力計算的結(jié)果偏小；一是毛面積應(yīng)力，毛面積應(yīng)力計算的結(jié)果偏大。由于振動篩處于非均勻應(yīng)力場，疲勞尺寸效應(yīng)主要由應(yīng)力梯度造成，而純粹意義上的尺寸系數(shù)在這種情況下幾乎不起作用，故忽略尺寸系數(shù)的影響，表面狀態(tài)主要包括表面加工粗糙度、表層組織結(jié)構(gòu)和表層應(yīng)力狀態(tài)。
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