WK-75型机械式挖掘机动臂的疲劳裂纹扩展寿命预测与分析

发布时间：2017-05-11 16:09

  本文关键词：WK-75型机械式挖掘机动臂的疲劳裂纹扩展寿命预测与分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：大型机械式挖掘机工作环境恶劣,工作姿态多样,作业对象复杂。动臂作为机械式挖掘机重要的工作部件,在使用过程中承受交变载荷的作用,其焊接处的缺陷以及在交变应力作用下发生的微观裂纹极易进一步扩展为宏观的裂纹,并最终导致疲劳破坏。因此合理地预测动臂的使用寿命至关重要。本文研究的工作主要包括:(1)针对WK-75型机械式挖掘机动臂的结构特点和疲劳破坏的原因,以断裂力学数值计算理论和裂纹扩展理论为基础,给出了一套基于断裂力学的挖掘机动臂寿命预测方法。(2)利用ANSYS workbench有限元分析软件建立动臂的有限元模型,对动臂进行了危险工况下的静力学分析,并结合实际确定了动臂上的三个危险位置。在此基础上,通过ADAMS对挖掘机主要工作装置进行刚柔耦合动力学仿真分析,确定了动臂危险位置的应力-时间历程。(3)根据动臂的局部结构和受载情况确定不同危险位置的裂纹模型。针对边裂纹和表面裂纹的不同特点,建立了各自的有限元模型,分别计算了不同裂纹长度下的应力强度因子。建立了应力强度因子幅值与裂纹长度的函数表达式ΔK=f(a)。采用裂纹扩展速率Paris公式分别预测动臂三个危险位置的疲劳裂纹扩展寿命。本文的研究工作对动臂的合理设计、确保其安全作业具有重要意义。同时为挖掘机动臂的维修周期确定提供参考。
【关键词】：机械式挖掘机 动臂 断裂力学 应力强度因子 裂纹扩展寿命
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU621
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 绪论9-19
• 1.1 课题研究的背景和意义9-12
• 1.2 疲劳寿命理论及预测方法12-16
• 1.2.1 疲劳寿命12-13
• 1.2.2 疲劳寿命预测方法13-16
• 1.3 国内外挖掘机工作装置疲劳评估现状16-17
• 1.4 本文主要研究内容17-19
• 第二章 基于断裂力学的应力强度因子求解计算19-35
• 2.1 断裂力学理论19-28
• 2.1.1 裂纹类型19-21
• 2.1.2 裂纹扩展判定参数21-25
• 2.1.3 裂纹扩展方向判据25-26
• 2.1.4 疲劳裂纹扩展速率26-28
• 2.2 应力强度因子的求解方法28-32
• 2.2.1 解析法28
• 2.2.2 边界配位法28-30
• 2.2.3 权函数法30
• 2.2.4 有限元法30-32
• 2.3 基于断裂力学的裂纹扩展寿命计算过程32-33
• 2.4 本章小结33-35
• 第三章 动臂的静力学分析35-43
• 3.1 WK-75型机械式挖掘机机构简介35-36
• 3.2 动臂的主要结构参数和危险工况36-37
• 3.2.1 动臂的主要结构参数36
• 3.2.2 动臂危险工况36-37
• 3.3 动臂的有限元分析37-42
• 3.3.1 动臂有限元模型的建立38-39
• 3.3.2 载荷和约束的施加39
• 3.3.3 计算结果及分析39-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第四章 动臂的应力谱仿真43-51
• 4.1 刚柔耦合模型建立43-48
• 4.1.1 主要工作机构刚性体模型的建立44-45
• 4.1.2 添加约束及载荷45-46
• 4.1.3 动臂柔性体模型的生成与校验46-48
• 4.2 刚柔耦合模型动力学仿真分析结果48-49
• 4.3 本章小结49-51
• 第五章 WK-75型挖掘机动臂的疲劳裂纹扩展寿命分析51-65
• 5.1 初始裂纹及疲劳参数的确定52-53
• 5.1.1 初始裂纹的确定52
• 5.1.2 疲劳参数的确定52-53
• 5.2 不同位置含裂纹的动臂疲劳寿命评估与分析53-63
• 5.2.1 根脚应力集中处含裂纹的动臂疲劳寿命预测与分析53-59
• 5.2.2 动臂内腔薄板的疲劳寿命评估与分析59-60
• 5.2.3 支撑铰孔内壁含表面裂纹的动臂疲劳寿命评估与分析60-63
• 5.3 本章小结63-65
• 第六章 总结和展望65-67
• 6.1 总结65
• 6.2 展望65-67
• 参考文献67-71
• 致谢71-73
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果73

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王刚;郭寒竹;;动臂塔机应用新视角[J];建设机械技术与管理;2008年08期

2 郭寒竹;陈向平;;大型动臂塔机应用技术与安全预警[J];建设机械技术与管理;2008年08期

3 张爱武;程惠;;动臂缸窜动的治理[J];工程机械与维修;2007年04期

4 俞啸;;国产大型动臂塔机成施工主角[J];建筑机械化;2012年01期

5 赵爱波;;浅谈动臂提升无力的快速处理方法[J];今日工程机械;2011年22期

6 谷进宝;动臂塔式起重机改造初探[J];建设机械技术与管理;1995年04期

7 王刚;;国内主要塔机生产企业动臂塔机产品简介[J];建设机械技术与管理;2008年08期

8 谢国涛;;可移动配重式动臂塔机设计及应用[J];建筑机械;2013年20期

9 马元会,赵承国;挖掘机动臂自落故障的排除[J];工程机械与维修;2002年12期

10 刘法恒;;挖掘机动臂的改进[J];工程机械与维修;2010年10期

中国重要会议论文全文数据库 前2条

1 郑惠强;李爱红;石来德;陈寒辉;;边坡成型机动臂结构的谐响应分析[A];中国工程机械学会2003年年会论文集[C];2003年

2 林浩菁;林少芬;;装载机动臂的疲劳可靠性分析[A];2012年全国机械行业可靠性技术学术交流会暨第四届可靠性工程分会第四次全体委员大会论文集[C];2012年

中国重要报纸全文数据库 前3条

1 康啸波;挖掘机“动臂优先”功能失效怎么办[N];中国交通报;2008年

2 孙圆;用技术创新改写历史[N];中国质量报;2008年

3 记者 魏东;挖掘机动臂无用功回收实现节能增效[N];科技日报;2014年

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 张树忠;基于液压式能量回收的挖掘机动臂节能研究[D];西南交通大学;2011年

2 王滔;混合动力挖掘机动臂能量回收单元及系统研究[D];浙江大学;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 吴盛彬;挖掘机动臂力学性能分析及板厚优化方法研究[D];昆明理工大学;2015年

2 李俊;基于热点应力法的挖掘机动臂焊缝的疲劳寿命分析[D];电子科技大学;2015年

3 朱建勇;挖掘机动臂静应力分析和结构优化[D];苏州大学;2015年

4 李维多;WK-75型机械式挖掘机动臂的疲劳裂纹扩展寿命预测与分析[D];太原理工大学;2016年

5 沈振辉;挖掘机动臂结构智能优化设计若干关键技术研究[D];福州大学;2011年

6 朱奇;液压挖掘机动臂动力数值仿真研究及优化设计[D];长沙理工大学;2007年

7 齐宏磊;机械式挖掘机动臂结构优化研究[D];东北大学;2011年

8 崔继永;挖掘机动臂结构及焊接工艺优化设计[D];山东大学;2012年

9 王育水;液压挖掘机多路阀动臂回路流场与阀口特性分析[D];长安大学;2013年

10 吴志飞;新型高速轮式挖掘机组合式动臂的强度分析与研究[D];昆明理工大学;2014年

  本文关键词：WK-75型机械式挖掘机动臂的疲劳裂纹扩展寿命预测与分析，由笔耕文化传播整理发布。

，

本文编号：357595