1懸臂焊接結(jié)構(gòu)失效后激振載荷
以懸臂焊接結(jié)構(gòu)梁為例，說(shuō)明機(jī)械結(jié)構(gòu)在失效后所 [1] [2]產(chǎn)生的激振載荷。如圖1所示的受均布載荷懸臂焊接結(jié)構(gòu)梁,當(dāng)焊接板處發(fā)生如圖2所示的焊接失效時(shí),根據(jù)能量法，通過(guò)推導(dǎo)，發(fā)生失效時(shí)所產(chǎn)生的激振載荷為式中為均布載荷;/,為懸臂焊接結(jié)構(gòu)梁初始的慣性矩;◊為懸臂焊接結(jié)構(gòu)梁失效后的慣性
從初始結(jié)構(gòu)到失效形式III間產(chǎn)生的激振載荷取決于初始載荷和失效前后的截面慣性矩比，研究截面慣性矩比的變化形態(tài)，通過(guò)推導(dǎo)
2隨機(jī)性對(duì)冗余結(jié)構(gòu)失效的可靠性模型的建立
本節(jié)基于均值一次二階矩法對(duì)懸臂焊接結(jié)構(gòu)從初始截面到失效方式截面III過(guò)程進(jìn)行可靠性分析。根據(jù)式(1),令
式中、&分別為初始截面與失效截面慣性矩之比和均布載荷的名義值。
根據(jù)式(7),可知，一般^ > 1,所以發(fā)生失效時(shí)所產(chǎn)生的激振載荷對(duì)初始截面與失效截面慣性矩之比最敏感，并且對(duì)初始截面與失效截面慣性矩之比的隨機(jī)波動(dòng)也最敏感，這就說(shuō)明當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生失效時(shí)是否發(fā)生振動(dòng)主要取決于截面的幾何尺寸的變化。
3冗余機(jī)械結(jié)構(gòu)的有限元仿真分析
3.1有限元分析模型的建立
對(duì)某焊接結(jié)構(gòu)懸臂梁進(jìn)行了失效前后的有限元分析，采用單元生死技術(shù)模擬焊接結(jié)構(gòu)失效，在ANSYS中建立了參數(shù)化的有限元分析模型如圖3所示。分析時(shí)采用2個(gè)載荷步，第一個(gè)載荷步分析失效前,第二個(gè)載荷步分析失效后，失效后的截面如圖2c所示。
3.2有限元分析結(jié)果的討論
焊接結(jié)構(gòu)懸臂梁失效前后撓度變形的有限元計(jì)算結(jié)果如圖4和圖5所示，圖中虛線為變形前的形狀。對(duì)比圖4和圖5可見，焊接結(jié)構(gòu)懸臂梁失效前受均布載荷時(shí)，撓度變形比較均勻，屬于標(biāo)準(zhǔn)的懸臂梁變形形式;當(dāng)按圖2c所示的失效方式發(fā)生失效時(shí)，將發(fā)生進(jìn)—步的變形，變形十分的不均勻，由于失效后的截面為不對(duì)稱結(jié)構(gòu)，可知,該梁發(fā)生失效后發(fā)生了扭轉(zhuǎn)和彎曲變形,而且變形較大，有可能發(fā)生扭振。這也說(shuō)明，當(dāng)焊接結(jié)構(gòu)某些焊接失效時(shí)，變形將重新分布，由于變形的不均勻和突然變化，有可能會(huì)引起振動(dòng)，這就說(shuō)明安全可靠性比較高的冗余機(jī)械結(jié)構(gòu)當(dāng)發(fā)生焊接失效時(shí),由于載荷重新分布引起的不均勻的突然變形而有可能引起結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。
4.結(jié)語(yǔ)：
本文針對(duì)懸臂焊接機(jī)械結(jié)構(gòu)，首先建立了受均布載荷的懸臂焊接結(jié)構(gòu)失效后的激振載荷模型,并在此基礎(chǔ)上基于均值一次二階矩法對(duì)建立了其可靠性靈敏度分析的可靠性分析模型,通過(guò)分析可知，發(fā)生失效時(shí)機(jī)波動(dòng)也最敏感;其次，基于ANSYS建立了受均布載荷的懸臂焊接結(jié)構(gòu)失效前后的有限元模型，應(yīng)用單元生死技術(shù)對(duì)受均布載荷的懸臂焊接結(jié)構(gòu)失效前后進(jìn)行了有限元分析,通過(guò)分析可知，當(dāng)焊接結(jié)構(gòu)某些焊接失效時(shí)，變形將重新分布，由于變形的不均勻和突然變化，有可能會(huì)引起振動(dòng)。通過(guò)本文的研究對(duì)探討加工中心中冗余結(jié)構(gòu)隨機(jī)失效機(jī)理提供了一定的理論依據(jù)和分析方法。
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