驱动轮结构强度分析及疲劳寿命预测

发布时间：2017-04-01 08:08

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【摘要】：本文研究的是被广泛应用的滑板运输装置,此装置靠驱动轮和滑板进行货物运输,并把驱动轮作为主要研究目标。 滑板输送系统利用摩擦力作为驱动力,因此驱动轮(包括主摩擦驱动轮、快速摩擦驱动轮、刹车摩擦驱动轮)是驱动滑板行走的核心构件。其外缘由特殊的非线性材料一一聚氨酯组成,聚氨酯是结构复杂的高分子材料,力学行为存在极强的非线性,并且驱动轮与滑板的接触面积小,运行过程中接触行为复杂,以上均为本文研究中索要特殊注意的地方。并且,驱动轮在运行过程中受到周期性循环载荷作用,这就涉及到疲劳破坏问题。疲劳特性对结构的寿命及安全性有重大的影响,初始裂纹一旦产生,其慢慢增长将导致材料的物理力学性能下降,因此不仅要对驱动轮的聚氨酯材料轮缘进行结构强度分析,还要对其进行疲劳寿命分析。 对于此运输装置的主要机构一一主驱动轮,本文首先基于有限元方法和非线性理论,结合三维建模软件CATIA V5、有限元前处理软件Hypermesh11.0以及有限元分析软件Abaqus6.10,在标准工况下对主驱动轮进行了详细的有限元分析,包括应力和变形的计算。然后,针对不同的摩擦系数,对多组应力、变形以及接触行为的分析结果进行了详细的比较,得到了摩擦系数对结构强度和接触行为的影响。最后,在此基础上对不同摩擦系数下的驱动轮的疲劳寿命进行规律性的探索,以期找到摩擦系数对疲劳寿命的影响规律。本文的分析结果可以为设计阶段的材料选择和尺寸制定提供一定的指导。
【关键词】：Abaqus有限元分析 非线性 接触 结构强度分析 疲劳寿命
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TH112.3;TH22
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-14
• 1.1 课题背景描述9-11
• 1.2 现有分析方案11-12
• 1.3 本文主要研究内容12-14
• 2 接触理论及Abaqus接触分析14-26
• 2.1 接触理论14-18
• 2.1.1 接触问题的分类14
• 2.1.2 赫兹接触14-15
• 2.1.3 接触问题的难点15
• 2.1.4 非线性问题15-18
• 2.2 Abaqus接触分析18-26
• 2.2.1 接触的力学特性18-19
• 2.2.2 Abaqus接触对定义19-20
• 2.2.3 点面离散与面面离散20-21
• 2.2.4 有限滑移与小滑移21-22
• 2.2.5 初始接触调整22-23
• 2.2.6 单元类型23-25
• 2.2.7 材料模型25
• 2.2.8 约束类型25-26
• 3 主驱动轮分析条件26-38
• 3.1 准备模型26-27
• 3.2 确定网格与单元类型27-32
• 3.2.1 划分整体网格27-29
• 3.2.2 划分轮缘网格29-30
• 3.2.3 选择单元类型30-32
• 3.3 定义材料属性32-33
• 3.3.1 材料特点32
• 3.3.2 选取材料模型32-33
• 3.3.3 确定材料属性33
• 3.4 设置接触特性33-35
• 3.4.1 接触对33-34
• 3.4.2 接触属性34-35
• 3.5 定义耦合约束35-38
• 4 主驱动轮不同工况的分析结果38-52
• 4.1 静态压紧工况38-45
• 4.1.1 边界条件38-39
• 4.1.2 加载情况39
• 4.1.3 分析结果39-45
• 4.2 稳态滚动工况45-50
• 4.2.1 边界条件46
• 4.2.2 加载情况46
• 4.2.3 分析结果46-50
• 4.3 结论50-52
• 5 粗糙度的影响52-71
• 5.1 应力与变形52-55
• 5.1.1 应力52-54
• 5.1.2 变形54-55
• 5.2 接触面积55-57
• 5.2.1 轮缘与滑板接触面积55-56
• 5.2.2 结论56-57
• 5.3 接触状态57-60
• 5.3.1 轮缘与轮心接触状态57-60
• 5.3.2 结论60
• 5.4 疲劳寿命60-71
• 5.4.1 选取等效应力公式61-62
• 5.4.2 计算等效应力幅值和平均值62-68
• 5.4.3 轮缘第一主应力分布68-71
• 6 结论与展望71-73
• 6.1 结论71
• 6.2 展望71-73
• 参考文献73-75
• 致谢75-76

【参考文献】

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本文编号：280275