基于数值模拟的卸料车主轴断裂与疲劳寿命研究

发布时间：2017-05-28 11:11

  本文关键词：基于数值模拟的卸料车主轴断裂与疲劳寿命研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：疲劳失效是机械工程领域的主要失效形式，许多重大灾难性事故都是由疲劳失效引起的，这些事故不仅威胁到生命财产安全，同时造成了重大的经济损失。因此，对材料和结构件的疲劳失效进行研究具有重大的工程及现实意义。 疲劳研究的目的有三点，一是定寿，即精确地预测结构的疲劳寿命；二是延寿，即通过改变结构等措施延长结构的使用寿命；三是优化疲劳试验，即简化疲劳试验或缩短疲劳试验周期。本文以某卸料车主轴为研究对象，针对疲劳研究目的中前两点进行了探讨。 卸料车主轴是卸料车的重要部件，为了评价其使用安全性，本文以数值模拟为研究手段，分别就各工况下卸料车的应力应变场，轴的全疲劳寿命和含横向裂纹的疲劳裂纹扩展寿命进行了较全面系统的研究分析，为卸料车主轴完整性评价标准的建立奠定了一定的理论基础。 本文主要进行了以下几方面的研究： （1）采用有限元方法计算分析算例的疲劳寿命和断裂力学参量K，并与理论解析值相比较，结果表明有限元方法确定结构的疲劳寿命和断裂力学参量是准确可靠的。从而为ANSYS分析卸料车主轴疲劳及疲劳裂纹扩展寿命奠定了方法基础。 （2）对各工况下的应力应变场进行模拟分析，并对主轴中应力集中区域的力学性能进行了分析和研究，得出结构危险点，从而为进一步的疲劳分析提供依据。 （3）对主轴的疲劳寿命进行研究，得出其从使用到断裂的总疲劳寿命，为工程应用提供了理论指导。并分析了几个因素对疲劳寿命的影响，得出各因素对疲劳寿命影响的大小，，为结构的改进提供了理论指导。 （4）在结构优化设计理论的基础上用ANSYS对其结构进行优化，得出了较好的优化结果。 （5）模拟计算出卸料车主轴含表面横向裂纹的断裂力学参量，再在此基础上计算出了裂纹初始长度与裂纹扩展寿命的关系曲线，计算出了临界裂纹长度。结合卸料车主轴在工作过程中的实际寿命计算得到轴的初始裂纹尺寸。
【关键词】：车轴 数值模拟 疲劳寿命 结构优化设计 裂纹扩展寿命
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG115;TH244
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 主要数学符号7-9
• 目录9-12
• 第1章 绪论12-22
• 1.1 选题背景及工程意义12-14
• 1.2 轴件疲劳寿命研究发展及现状14-16
• 1.2.1 国外车轴疲劳研究14-15
• 1.2.2 国内车轴疲劳研究15-16
• 1.3 疲劳寿命研究方法16-19
• 1.3.1 名义应力法16-17
• 1.3.2 局部应力应变法17-18
• 1.3.3 断裂力学法18-19
• 1.4 有限单元法19-21
• 1.4.1 有限单元法概述19
• 1.4.2 有限单元法特性及分析过程19-20
• 1.4.3 ANSYS 软件介绍20-21
• 1.5 本文研究内容及方法21-22
• 第2章 疲劳、断裂力学相关理论及数值方法22-34
• 2.1 疲劳理论及数值方法22-26
• 2.1.1 S-N 曲线22-23
• 2.1.2 线性疲劳累积损伤理论23-24
• 2.1.3 ANSYS 结构疲劳分析过程24-25
• 2.1.4 疲劳寿命计算算例25-26
• 2.2 断裂力学理论及数值方法26-33
• 2.2.1 三维断裂模型应力强度因子 K 表达式26-27
• 2.2.2 断裂模拟分析过程27-29
• 2.2.3 应力强度因子 K 的数值计算29
• 2.2.4 算例计算分析29-33
• 2.3 本章小结33-34
• 第3章 卸料车主轴疲劳寿命研究34-43
• 3.1 卸料车主轴结构及工况分析34-35
• 3.2 强度、刚度模拟分析35-39
• 3.2.1 模型的建立35-36
• 3.2.2 载荷的施加和约束36
• 3.2.3 计算结果及分析36-39
• 3.3 疲劳寿命的模拟计算及分析39-42
• 3.3.1 S-N 曲线的确定39-40
• 3.3.2 疲劳寿命结果及分析40
• 3.3.3 改进建议及方案40-42
• 3.4 本章小结42-43
• 第4章 卸料车主轴的结构优化设计43-50
• 4.1 结构优化设计概述43
• 4.2 结构优化设计基本概念43-45
• 4.2.1 设计变量43-44
• 4.2.2 目标函数44
• 4.2.3 约束条件44
• 4.2.4 优化设计的数学模型44-45
• 4.3 卸料车主轴结构设计及优化分析45-49
• 4.3.1 提高轴强、刚度的常用措施45
• 4.3.2 卸料车主轴结构设计45-46
• 4.3.3 数学模型的建立46-47
• 4.3.4 参数化建模及有限元分析47
• 4.3.5 提取状态变量和目标函数并进行优化分析47-48
• 4.3.6 查看结果及分析48-49
• 4.4 本章小结49-50
• 第5章 卸料车主轴疲劳裂纹扩展寿命研究50-56
• 5.1 疲劳裂纹扩展50-52
• 5.1.1 疲劳裂纹扩展率50-51
• 5.1.2 疲劳裂纹扩展寿命估算51-52
• 5.2 ANSYS 子模型技术介绍52-53
• 5.3 含表面横向裂纹疲劳寿命估算53-55
• 5.4 本章小结55-56
• 第6章 结论与展望56-58
• 6.1 结论56-57
• 6.2 展望57-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-62
• 附录62-65
• 附录 A 卸料车主轴详细尺寸图62-63
• 附录 B 卸料车主动车轮组总成部件图63-64
• 附录 C 裂纹尖端奇异性创建宏文件64-65

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：402529