装载机前车架疲劳寿命预测与仿真优化

发布时间：2017-08-31 16:23

  本文关键词：装载机前车架疲劳寿命预测与仿真优化

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【摘要】：轮式装载机广泛应用于港口工程、矿业开采等施工领域，工作环境恶劣、作业强度高，前车架作为其主要承载基体容易发生破坏失效，提高前车架结构的疲劳寿命对提升装载机整机性能、提高装载机作业效率有着重要的意义。本文依托横向课题（S512141）“结构件试验台泵站系统”，针对某型轮式装载机前车架结构疲劳寿命预测与优化问题展开研究。分别采用多体动力学与有限元相结合的仿真方法、被试样机的实验室加速寿命试验方法等，对装载机前车架结构的疲劳寿命进行预测，应用导重准则法对前车架现行结构方案进行改进优化。 论文主要研究内容包括： （1）前车架动态特性研究。分析轮式装载机作业工况及前车架系统受力状况，计算装载机各种工况下的工作阻力；建立轮式装载机整车机构多体动力学仿真模型，进行模拟完整作业工况过程的前车架动力学分析，获取前车架时域载荷历程。通过分析得知：前车架在插入、举升及卸载工况中的承载状况最为严重，在开始举升与举升到位时刻伴随冲击震荡。 （2）前车架有限元分析。建立装载机前车架有限元模型，进行基于时域载荷历程的前车架动态有限元分析；获得前车架结构的应力响应状态，对前车架结构的危险部位进行评估。通过应力分析获知：前车架在举升与卸载工况中的应力响应复杂，应力集中状况严重，整体应力水平最高，峰值应力达到186.8Mpa，整体安全系数为1.85；举升工况与卸载工况是前车架结构的危险作业环节。 （3）前车架疲劳寿命预测。分析并确定针对前车架疲劳寿命的评定方法、计算准则及前车架材料力学特性；创建前车架疲劳寿命分析模型，预测前车架在典型作业工况下的疲劳寿命为6178小时，整体安全系数为0.74；通过加速寿命实验方法反推预测前车架疲劳寿命区间为（4167，，6250）小时，整体安全系数区间为（0.52，0.78）。两种疲劳寿命预测结果区间内一致，本文研究后认为该前车架未达到8000小时的预期寿命要求；不满足矿山用轮式装载机车架在全寿命周期内（3至5年）不允许发生失效的要求。 （4）前车架结构优化。在对前车架进行初步结构改进的基础上，采用导重准则法，按照等强度原则，对前车架结构进行优化。优化后的前车架：最大应力下降到60.66Mpa，总体强度安全系数提升至5.69；最小工作寿命为19090小时，整体疲劳安全系数提升至2.29。
【关键词】：前车架 动力学仿真 有限元分析 疲劳寿命预测 优化设计
【学位授予单位】：集美大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH243
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-13
• 1.1 研究背景与目的9-10
• 1.2 国内外研究现状10-12
• 1.2.1 国外研究现状10
• 1.2.2 国内研究现状10-12
• 1.3 本论文主要研究内容12-13
• 第2章 动力学仿真、有限元分析与疲劳寿命预测相关理论13-24
• 2.1 系统多体动力学理论13-14
• 2.2 空间问题有限元法14-18
• 2.3 疲劳寿命评定理论18-20
• 2.4 导重准则法优化理论20-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第3章 装载机前车架动力学仿真研究24-39
• 3.1 轮式装载机作业阻力24-27
• 3.2 装载机整车机构动力学建模27-34
• 3.2.1 整车机构仿真模型27-29
• 3.2.2 仿真作业工况29-30
• 3.2.3 载荷与驱动30-34
• 3.3 装载机前车架动力学仿真分析34-37
• 3.3.1 装载机作业工况仿真34-35
• 3.3.2 前车架动态特性35-37
• 3.4 本章小结37-39
• 第4章 前车架有限元分析与疲劳寿命预测39-49
• 4.1 前车架有限元分析39-45
• 4.1.1 有限元前处理39-41
• 4.1.2 边界条件与载荷41-42
• 4.1.3 前车架应力分析42-45
• 4.2 前车架疲劳寿命预测45-47
• 4.2.1 材料特性与载荷信息45-47
• 4.2.2 前车架疲劳寿命分析47
• 4.3 本章小结47-49
• 第5章 前车架疲劳试验与结构优化49-63
• 5.1 前车架疲劳试验研究49-56
• 5.1.1 疲劳试验方法49-50
• 5.1.2 疲劳试验加载力50-53
• 5.1.3 疲劳试验加载次数53-54
• 5.1.4 试验结果分析54-56
• 5.2 前车架结构优化56-61
• 5.2.1 前车架结构优化56-58
• 5.2.2 前车架结构优化验证58-61
• 5.3 本章小结61-63
• 第6章 结论与展望63-65
• 6.1 研究结论63-64
• 6.2 工作展望64-65
• 致谢65-66
• 参考文献66-68
• 在学期间发表的学术论文68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：766633