高翔
【摘要】用断裂力学理论，分析有铸造缺陷的滑轮，得到理论解，判定滑轮是否能正常使用。
【关键词】断裂力学；铸造缺陷；滑轮
中图分类号：TB2文献标识码：A文章编号：2095-2457（208）05-0064-002
【Abstrt】Frturhsthrysdptdtlyssthshvthstdfts，ththrtlslutstdudthtthshvuldbusdrt
【Kyrds】Frturhsthry；Cstdfts；Shv
背景介绍
[]铸造是一种古老的制造方法，在我国可以追溯到6000年前。随着工业技术的发展，铸大型铸件的质量直接影响着产品的质量，因此，铸造在机械制造业中占有重要的地位。鑄造是将通过熔炼的金属液体浇注入铸型内，经冷却凝固获得所需形状和性能的零件的制作过程。铸造是常用的制造方法，制造成本低，工艺灵活性大，可以获得复杂形状和大型的铸件，在机械制造中占有很大的比重。
铸造铸铁件常见的缺陷有：气孔、粘砂、夹砂、砂眼、胀砂、冷隔、浇不足、缩松、缩孔、缺肉，肉瘤等。有些存在缺陷的铸造成型产品，能不能继续使用，是个大问题，需要进行论证。
某大型滑轮，直径200，厚250，铸造成型后，经过探伤，发现在滑轮绳槽位置，因为夹砂的影响，存在长46，深22的缺陷。需论证分析，此滑轮是否能正常使用。
现代断裂理论大约是在948—957年间形成，它是在当时生产实践问题的强烈推动下，在经典Grffth理论的基础上发展起来的，上世纪60年代是其大发展时期。我国断裂力学工作起步至少比国外晚了20年，直到上世纪70年代，断裂力学才广泛引入我国，一些单位和科技工作者逐步开展了断裂力学的研究和应用工作。
该学科分为线弹性断裂力学与弹塑性断裂力学两大类别，前者适用于裂纹尖端附近小范围屈服的情况；而后者适用于裂纹尖端附近大范围屈服的情况。弹塑性断裂力学发展很快，但是线弹性断裂力学在结构损伤容限设计中仍然占据重要地位。在线弹性断裂力学中，最重要的力学参量是应力强度因子，它控制裂纹尖端场附近的应力场和位移场。
2建立有限元模型
有限元分析（FEA，FtEltAlyss）利用数学近似的方法对真实物理系统（几何和载荷工况）进行模拟。利用简单而又相互作用的元素（即单元），就可以用有限数量的未知量去逼近无限未知量的真实系统。有限元在人类认识世界的过程中，发挥了巨大的作用，各种文献规范，也对有限元进行了详细的叙述和介绍，本文不再展开。
根据滑轮图纸，建立有限元实体模型。如下图：
在滑轮绳槽位置施加正压力，滑轮轴位置施加只受压约束，设定材料弹性模量和泊松比。在有限元中，可以把缺陷建立到模型中，进行求解计算。得到缺陷边缘的应力值。
3断裂力学理论分析
本滑轮为低合金铸钢，符合线弹性断裂力学理论。断裂判断依据为：K≤K
式中：K——裂纹尖端应力强度因子
K——材料断裂韧性
假设在受载情况下，此裂纹为单边张开型裂纹，则应力强度因子K为：
式中：f—修正系数，2
σ—计算应力，由应力图可见，距离裂纹远端的计算应力约4284MP
—裂纹单边深度，
=22=00022
参考近似屈服强度为500MP的低合金钢，则断裂韧性约为K=50从理论上讲，当滑轮受载工作的时候，此裂纹不会继续扩散。
现在有限元也可以在后处理里，直接输出裂纹尖端应力强度因子K。
通过两种方法，得到应力强度因子相近。也论证了计算方法的合理性。此滑轮如果进行正常作业，裂纹将不会扩展开来，可以正常使用。
4结论
断裂力学最近在国内获得了快速的发展，通过断裂力学理论，对工程实际应用问题进行分析，得到理论结果，可以很好的指导工程实践。
【参考文献】
[]百度百科-铸造
[2]薛明珲，赵永生，汤美安《断裂力学和损伤力学在混凝土中的应用》，山西建筑，2007（2）
文章来源于：科技视界