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,根據(jù)能量法，通過推導(dǎo)，發(fā)生失效時所產(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)，通過推導(dǎo)
2隨機(jī)性對冗余結(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懸臂焊接結(jié)構(gòu)從初始截面到失效方式截面III過程進(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)生失效時所產(chǎn)生的激振載荷對初始截面與失效截面慣性矩之比最敏感，并且對初始截面與失效截面慣性矩之比的隨機(jī)波動也最敏感，這就說明當(dāng)結(jié)構(gòu)發(fā)生失效時是否發(fā)生振動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。分析時采用2個載荷步，第一個載荷步分析失效前,第二個載荷步分析失效后，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算結(jié)果如圖4和圖5所示，圖中虛線為變形前的形狀。對比圖4和圖5可見，焊接結(jié)構(gòu)懸臂梁失效前受均布載荷時，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，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。這也說明，當(dāng)焊接結(jié)構(gòu)某些焊接失效時，變形將重新分布，由于變形的不均勻和突然變化，有可能會引起振動，這就說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,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。
4.結(jié)語：
本文針對懸臂焊接機(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建立了其可靠性靈敏度分析的可靠性分析模型,通過分析可知，發(fā)生失效時機(jī)波動也最敏感;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,通過分析可知，當(dāng)焊接結(jié)構(gòu)某些焊接失效時，變形將重新分布，由于變形的不均勻和突然變化，有可能會引起振動。通過本文的研究對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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