矿用自卸车A型架焊缝不确定性分析及抗疲劳设计

发布时间：2017-09-08 09:35

  本文关键词：矿用自卸车A型架焊缝不确定性分析及抗疲劳设计

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【摘要】：目前,矿用自卸车作为大型露天矿石场所主要运输工具,其国内市场需求较大且长期依赖进口产品。为了推动矿用自卸车国产化和大吨位化,国家将矿用自卸车列入十六大重大技术装备关键领域,以促进相关企业加大研发力度。因此,运用先进的科学技术手段对矿用自卸车进行研究与开发,能够提升我国重大装备制造水平,不仅符合国家政策要求,同时具有重要的工程应用价值和经济效益。大吨位的矿用自卸车工作环境复杂,且行驶状况恶劣。在路面的随机激励下,自卸车产生的随机振动会引起自卸车结构部件的疲劳破坏,特别是主要承载部件A型架。A型架由钢板拼焊而成,为了确保整车的安全使用,需要准确预测A型架焊缝疲劳寿命。由于操作过程难于精确控制,焊缝品质存在一定的不确定性。矿用自卸车产品生产批量小,在实际焊接中,由于成本控制和工人水平等因素导致在拼焊板厚度选择和焊缝位置布置上存在不确定情况。这些不确定性因素对A型架焊缝寿命有影响,因此,需要结合试验、有限元数值分析、结构优化设计与不确定性等相关理论对非公路大吨位矿用自卸车进行研究。针对某国产矿用自卸车工作环境和特殊的结构形式,本文结合试验与不确定理论对矿用自卸车的A型架焊缝进行疲劳寿命研究。同时,对A型架抗疲劳轻量化设计以及对焊缝危险位置进行研究。主要内容如下:1.建立了关键零部件A型架的三维模型及有限元模型,并进行了实车道路试验,获得试验工况下关键零部件的应力分布情况。通过对关键零部件进行了应力分析,同时对比应力分析结果和试验结果,验证了关键零部件A型架有限元模型的准确性。构建了矿用自卸车动力学模型。通过实车道路加速度试验,与动力学仿真对比验证了模型的准确性。同时根据矿山实际作业场的道路条件,构建了符合实际情况的循环工况,并以此获取了A型架的载荷谱,为其疲劳寿命预测奠定了基础。2.通过基于应变控制的焊缝疲劳寿命试验,获取了A型架材料的ε-N曲线,根据焊缝材料疲劳寿命试验获得的材料循环σ-ε曲线和ε-N曲线,考虑焊缝材料参数的不确定性对其疲劳寿命的影响,将材料参数进行区间不确定性处理。基于焊缝疲劳参数的不确定性特征,对A型架焊缝进行疲劳寿命分析。3.本文考虑焊缝疲劳参数的不确定性,将焊缝材料疲劳参数作为区间变量。同时选择A型架板厚作为设计变量,将结构质量最小和寿命最高作为优化目标,建立A型架抗疲劳设计模型,得到最优板厚。4.基于A型架抗疲劳轻量化设计结果,发现局部焊缝位置疲劳寿命较低。考虑通过焊缝位置优化设计,疲劳参数作为不确定变量,需求合适的焊缝位置。
【关键词】：矿用自卸车 焊缝 不确定理论 疲劳寿命 抗疲劳优化
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.4
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 课题研究背景及意义12-14
• 1.2 疲劳寿命研究概况14-15
• 1.3 不确定性问题研究概况15-17
• 1.4 抗疲劳轻量化研究现状17-18
• 1.5 论文研究的主要内容18-20
• 第2章A型架有限元模型建立及载荷谱获取20-39
• 2.1 A型架有限元模型建立20-22
• 2.1.1 三维模型的建立与简化20-21
• 2.1.2 网格划分及边界条件21-22
• 2.2 矿用自卸车A型架应力试验22-24
• 2.2.1 试验测点布置22-23
• 2.2.2 数据处理方法23-24
• 2.3 关键零部件应力分析与验证24-26
• 2.3.1 关键零部件应力分析24-25
• 2.3.2 A型架有限元模型验证25-26
• 2.4 矿用自卸车动力学建模及载荷谱获取26-38
• 2.4.1 矿用自卸车动力学模型建立26-30
• 2.4.2 轮胎和路面建模30-31
• 2.4.3 整车模型建立及验证31-34
• 2.4.4 A型架多工况载荷谱获取34-38
• 2.5 本章小结38-39
• 第3章 基于焊缝品质不确定性的A型架焊缝疲劳寿命预测39-54
• 3.1 疲劳寿命分析方法39-42
• 3.1.1 疲劳寿命预测方法39-41
• 3.1.2 焊缝疲劳寿命影响因素41-42
• 3.2 焊缝材料性能试验42-46
• 3.2.1 焊接试件制备42-43
• 3.2.2 焊接接头力学性能试验43-44
• 3.2.3 基于应变控制的焊接接头疲劳寿命试验44-46
• 3.3 基于局部应力应变法的A型架焊缝疲劳寿命预测46-50
• 3.3.1 焊缝材料疲劳曲线的获取46-48
• 3.3.2 ε-N曲线的修正48-49
• 3.3.3 基于局部应力应变法的焊缝疲劳寿命预测49-50
• 3.4 基于不确定理论的焊缝疲劳寿命预测50-53
• 3.4.1 区间数学基本理论50-51
• 3.4.2 ε-N曲线参数区间处理51
• 3.4.3 焊缝疲劳寿命区间预测51-53
• 3.5 本章小结53-54
• 第4章 基于焊缝品质不确定性的A型架抗疲劳板厚设计54-67
• 4.1 不确定性抗疲劳设计方法54-60
• 4.1.1 不确定性优化方法54-55
• 4.1.2 区间不确定性优化的描述55-58
• 4.1.3 试验设计方法58-59
• 4.1.4 响应面法59-60
• 4.2 目标函数与设计变量的确定60-62
• 4.2.1 目标函数的确定60-61
• 4.2.2 区间变量与设计变量确定61-62
• 4.3 基于焊缝不确定的A型架抗疲劳板厚设计62-66
• 4.3.1 A型架抗疲劳板厚设计分析流程62-63
• 4.3.2 获取基于响应面法的A型架抗疲劳板厚设计模型63-65
• 4.3.3 A型架抗疲劳板厚设计结果65-66
• 4.4 本章小结66-67
• 第5章 基于最优板厚的A型架焊缝位置研究67-76
• 5.1 应力集中对A型架疲劳寿命影响67-68
• 5.1.1 应力集中对疲劳性能的影响67
• 5.1.2 A型架应力集中分析67-68
• 5.2 A型架危险焊缝位置不确定设计68-74
• 5.2.1 目标函数的确定68-69
• 5.2.2 不确定变量与优化变量确定69-70
• 5.2.3 A型架焊缝位置设计70-72
• 5.2.4 A型架危险焊缝位置设计结果72-74
• 5.3 A型架危险焊缝布置与分析74-75
• 5.3.1 A型架危险焊缝布置74
• 5.3.2 A型架疲劳寿命分析74-75
• 5.4 本章小结75-76
• 结论76-78
• 参考文献78-83
• 致谢83-84
• 附录A 攻读学位期间参与的科研项目84

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本文编号：813267