压路机车架有限元分析及焊缝疲劳寿命预测

发布时间：2017-08-25 15:59

  本文关键词：压路机车架有限元分析及焊缝疲劳寿命预测

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【摘要】：基于工程实例和市场反馈,统计发现33吨振动压路机的车架在1×104小时内损坏较多,大部分出现在纵梁和底梁的连接处,焊缝疲劳损坏是影响其使用寿命的关键因素。针对该型号产品车架工作环境复杂,体积、自重、负载较大,振动轮的激振及转向油缸的交互作用,使其长期受到冲击和交变载荷,在此工况下,车架疲劳裂纹有可能在焊缝附近萌生。为提升车架使用寿命,需对车架及车架焊缝进行基于有限元分析的疲劳寿命预测。传统的疲劳寿命预测,通常弱化残余应力的作用,得到的结果往往与实际情况有较大差距,失去了参考意义。为提升疲劳寿命预测的准确性和可靠性,并为后续设计及工艺改进提供参考,通过对压路机车架有限元分析建立了车架三维模型,进行网格划分等前处理、后处理,掌握了车架焊接残余应力分布和极值点,经过对实测值与仿真值的对比,发现两者间虽存在差异,但实测值与仿真值的趋势基本一致,验证了仿真模型的正确性。通过正交试验设计优化了焊接工艺参数,经工艺改进使得压路机车架弧形、线形角焊缝焊接残余应力得以均匀化,残余应力的大小和分布接近理想状态,减小了残余应力对后续疲劳寿命预测的影响。通过振动时效工艺,使得压路机车架残余应力平均水平下降60%。对车架进行了静强度分析,通过对应力分布云图的分析找出了结构强度薄弱点,并为后续车架及焊缝疲劳寿命分析奠定基础。对比了空载和满载条件下车架的疲劳寿命,焊缝疲劳寿命的仿真结果与车架在使用过程中疲劳破坏的位置较为接近,验证了仿真研究的有效性,研究成果可为后续压路机车架结构改进和优化提供参考方向。
【关键词】：压路机车架 有限元分析 焊缝 应力消除 疲劳寿命
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U415.521
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-14
• 1.1 选题背景9-10
• 1.2 工程机械车架疲劳研究发展状况10-13
• 1.3 论文研究的意义及主要内容13-14
• 1.3.1 论文研究的目的及意义13
• 1.3.2 论文研究的主要内容13-14
• 第二章 压路机车架焊接工艺性分析及疲劳寿命预测理论14-26
• 2.1 压路机车架的力学特征及结构特点14-15
• 2.1.1 车架的作用及结构特点14-15
• 2.1.2 车架在典型工况下的载荷及受力分析15
• 2.2 压路机车架的焊接工艺性分析15-17
• 2.2.1 焊接材料、坡口形式及材料加工15-16
• 2.2.2 车架焊接工艺16-17
• 2.3 疲劳寿命的预测方法17-25
• 2.3.1 S-N曲线法17
• 2.3.2 P-S-N曲线法17-20
• 2.3.3 基于变幅载荷下疲劳累积损伤模型对疲劳寿命预测方法20-23
• 2.3.4 基于细节疲劳额定值法对疲劳寿命预测23-25
• 2.4 小结25-26
• 第三章 压路机车架焊接应力场的仿真与测量26-39
• 3.1 工具软件简介26-27
• 3.1.1 Pro/E简介26
• 3.1.2 Hypermesh简介26-27
• 3.2 压路机车架三维模型创建27-28
• 3.3 压路机车架焊接模型的应力仿真分析28-35
• 3.3.1 模型的网格划分28-29
• 3.3.2 材料属性及焊接参数设定29-31
• 3.3.3 焊接路径及填充金属的定义31-32
• 3.3.4 热源模型选择32-34
• 3.3.5 添加边界条件34
• 3.3.6 应力场结果分析34-35
• 3.4 残余应力的测量与仿真值的比较分析35-38
• 3.4.1 焊接残余应力测试方法35-37
• 3.4.2 焊接残余应力的测量37
• 3.4.3 仿真结果与实测结果的比较分析37-38
• 3.5 小结38-39
• 第四章 焊接残余应力消除方法研究39-47
• 4.1 焊接残余应力对疲劳寿命的影响分析39
• 4.2 焊接残余应力的消除措施39-45
• 4.2.1 T型接头焊接模型的工艺参数正交实验设计40-42
• 4.2.2 振动时效消除焊接残余应力42-44
• 4.2.3 焊接残余应力消除效果验证44-45
• 4.3 小结45-47
• 第五章 压路机车架静力学分析及疲劳寿命预测47-56
• 5.1 车架的静力学分析47-49
• 5.1.1 车架结构模型简化47
• 5.1.2 边界条件确定及网格划分47-49
• 5.2 车架的疲劳寿命预测49-51
• 5.2.1 材料疲劳属性设定49-50
• 5.2.2 工作状态下的模拟载荷谱50
• 5.2.3 Goodman S-N曲线修正50
• 5.2.4 车架疲劳寿命结果与分析50-51
• 5.3 焊缝的疲劳寿命预测51-55
• 5.3.1 车架焊缝壳单元模型处理51-53
• 5.3.2 车架焊缝疲劳寿命计算53-55
• 5.4 小结55-56
• 结论与展望56-58
• 结论56-57
• 展望57-58
• 参考文献58-62
• 致谢62

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本文编号：737328