工程专用自卸车车架疲劳寿命分析

发布时间：2017-03-16 09:01

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【摘要】：工程专用自卸车主要运行于矿山、工地等场所,行驶路况恶劣且常在严重超载的工况下使用。车架是工程专用自卸车重要的承载结构,驾驶室、液压举升系统、车厢、动力传动系统和车桥等总成或部件通过刚性或柔性连接安装在车架上。因此,车架的性能对整车的性能有直接影响。在进行车架结构设计时,若能比较准确地预测其疲劳寿命,对防止由于车架疲劳破坏而引发的事故有着非常重要的意义。随着计算机学科和CAE技术的发展,CAE技术在车辆结构设计开发阶段以及整车后续分析中得到了广泛的应用。为了预测前期开发的工程专用自卸车主副一体式车架结构在超载工况(载重55t、70t)下的疲劳寿命,将有限元结构分析、整车多体动力学仿真、疲劳寿命分析等CAE技术应用到车架结构的分析中。考虑到超载工况下整车试验的安全性,本文通过CAE技术,基于模态应力恢复理论,分析了DT-002工程专用自卸车车架在超载工况下的疲劳寿命。首先,在HyperMesh软件中建立了DT-002自卸车车架的有限元模型,根据车架构件使用的材料赋予其材料属性,并结合整车实际工作状态施加边界条件,分析了超载条件下车架在静载弯曲、极限扭转、举升初(0°)和举升最大角(45°)四种工况下的静态特性。其次对DT-002车架进行了模态分析。去除车架有限元模型边界条件,通过模态分析得到自由状态下车架的模态信息后,模拟车架自由状态进行模态试验,以试验分析所得模态信息与有限元分析得到的模态信息对比,两者间固有频率最大误差为5%,且各阶模态振型基本吻合,验证了有限元模型的可信性。采用部件模态综合法(CMS)对车架有限元模型进行模态分析,并同时仿真得到车架的MNF模态中性文件和OP2模态应力文件。然后在ADAMS软件中以柔性体车架为基体建立DT-002自卸车的刚柔耦合模型。为了验证建立的整车动力学模型,进行了DT-002自卸车道路试验,测得整车在公司试验场路和工地道路运行时车架、车桥的振动信号,然后进行整车动力学分析,验证了动力学模型的可信性。结合工程专用自卸车的实际运行状态,将车速控制在15-20km/h,选择D级路面进行整车虚拟道路试验,提取超载条件下车架柔性体的模态位移时间历程,作为车架疲劳寿命分析的疲劳载荷。最后,基于模态应力恢复理论,预测工程专用自卸车车架超载下的疲劳寿命。利用CMS模态分析求得的模态应力文件和整车虚拟试验提取的模态位移历程相结合作为车架疲劳载荷,结合车架疲劳特性曲线,预测车架疲劳寿命以及危险区域。分析结果表明,采用本文所述方法能够有效的分析车架的疲劳寿命,有利于指导车架结构的优化改进,提升自卸车的市场竞争力。
【关键词】：工程自卸车 车架 模态分析 刚柔耦合 模态应力恢复 疲劳寿命
【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】：TH242
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题研究背景及意义11-12
• 1.2 重型自卸车的发展趋势12-13
• 1.3 国内外研究概述13-17
• 1.3.1 静态特性研究14-15
• 1.3.2 多体动力学分析15
• 1.3.3 疲劳分析15-17
• 1.4 主要研究内容17-18
• 1.5 课题来源18-19
• 第二章 疲劳寿命理论及疲劳分析方法19-29
• 2.1 疲劳的定义与分类19-20
• 2.1.1 疲劳定义19
• 2.1.2 疲劳分类19-20
• 2.2 疲劳寿命预测方法20-21
• 2.3 影响疲劳寿命的因素21-22
• 2.4 模态应力恢复理论22-25
• 2.4.1 模态分析22-23
• 2.4.2 柔性体动力学求解23
• 2.4.3 模态应力恢复23-24
• 2.4.4 基于模态应力的疲劳寿命预测24-25
• 2.5 基于模态应力恢复的车架虚拟疲劳试验路线25-27
• 2.5.1 车架模态分析路线25-26
• 2.5.2 模态位移历程生成路线26
• 2.5.3 虚拟疲劳试验分析路线26-27
• 2.6 本章小结27-29
• 第三章 车架静动态特性分析29-49
• 3.1 车架有限元模型的建立29-34
• 3.1.1 车架几何模型的简化30-31
• 3.1.2 单元选择及材料定义31-33
• 3.1.3 边界条件设定33-34
• 3.2 强度分析理论34
• 3.3 车架静强度分析34-42
• 3.4 车架模态分析42-48
• 3.4.1 车架计算模态分析42-43
• 3.4.2 车架模态试验43-48
• 3.5 本章小结48-49
• 第四章 整车刚柔耦合动力学建模及仿真49-69
• 4.1 动力学软件简介49
• 4.2 车架柔性体的生成49-50
• 4.3 整车刚柔耦合动力学建模50-56
• 4.3.1 驾驶室建模51
• 4.3.2 车箱建模51
• 4.3.3 动力总成建模51-52
• 4.3.4 悬架系统建模52-53
• 4.3.5 轮胎模型建立53-54
• 4.3.6 道路的模拟54-55
• 4.3.7 整车动力学模型55-56
• 4.4 整车刚柔耦合模型验证56-62
• 4.4.1 实车道路试验56-59
• 4.4.2 实车道路试验信号采集59-62
• 4.4.3 整车刚柔耦合动力学模型可信度验证62
• 4.5 整车刚柔耦合动力学仿真62-68
• 4.5.1 载重 55t动力学仿真和结果62-65
• 4.5.2 载重 70t动力学仿真和结果65-68
• 4.6 本章小节68-69
• 第五章 车架疲劳分析69-77
• 5.1 疲劳分析理论基础69-72
• 5.1.1 疲劳损伤理论69-70
• 5.1.2 疲劳特性曲线70-71
• 5.1.3 载荷谱统计71-72
• 5.2 车架疲劳寿命72-76
• 5.2.1 车架载荷历程73
• 5.2.2 车架材料的S-N曲线73-74
• 5.2.3 疲劳分析结果74-76
• 5.3 本章小结76-77
• 第六章 总结与展望77-79
• 6.1 全文总结77-78
• 6.2 工作展望78-79
• 参考文献79-83
• 致谢83-84
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果84

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本文编号：251528