基于有限元的强夯机结构疲劳寿命研究

论文摘要

强夯机械是随着强夯法的产生发展而形成的一种地基夯实设备,其形式多样,有蛙式、跃步式、打夯式和吊重锤式等,本文涉及的液压履带式强夯机属于吊重锤式。该类强夯机在作业过程中周期性地将夯锤起吊到某一高度,然后释放夯锤,使其自由或带绳下落。夯锤突然释放时,部件释放的能量以及夯锤落地时产生的冲击等,都将对结构件的疲劳寿命产生影响,而结构件的疲劳寿命又直接影响到强夯机的使用年限、安全性以及生产成本,因此疲劳寿命分析在强夯机设计中起着举足轻重的作用。文中应用有限元疲劳分析法,将有限元分析软件ANSYS作为获得应力、应变分析结果的工具,利用动力学软件MSCADAMS进行仿真获得应力-时间历程,并进行扩展获得载荷谱,最后在疲劳分析软件MSC.FATIGUE进行计算得出结构疲劳寿命。论文的主要工作如下：（1）介绍有限元疲劳分析法的步骤,及各软件之间接口文件的传输过程,并详细介绍了有限元疲劳分析法的流程图。（2）根据强夯机的工作特点,选用合适的疲劳分析方法,进行强夯机疲劳寿命计算,查看疲劳分析寿命云图,对率先疲劳破坏的部位进行结构改进,并通过有限元计算结果和疲劳分析计算结果,来验证结构改进方案的可行性。（3）为了研究不同截面形式对臂架结构疲劳的影响,本文选用最常用的几种截面形式的钢材：圆形钢管、方钢、角钢、H型钢—进行臂架建模,并进行疲劳寿命分析,对比分析了其抗疲劳性能的优劣。（4）进行动力学仿真,研究得出了不同的臂架长度、防后倾弹簧参数以及防后倾开始作用角度等因素对臂架防后倾以及整机性能的影响规律。本文用虚拟建模的方法,在产品设计阶段进行疲劳寿命的评估,然后判断整机疲劳寿命薄弱位置,以便有针对性地对局部结构进行改进,提前改善不合理的寿命分布,增大实物样机试验合格的机率,缩短研发周期和降低设计成本,提高产品市场竞争力。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 强夯机简介
• 1.1.1 强夯机概述
• 1.1.2 强夯机工作特点与使用现状
• 1.1.3 强夯机性能要求
• 1.2 疲劳概述
• 1.2.1 疲劳及其重要性
• 1.2.2 疲劳国内外发展现状
• 1.3 本文研究目的与工作内容
• 1.3.1 选题背景和意义
• 1.3.2 论文工作内容
• 1.4 论文组织安排
• 2 有限元疲劳分析法介绍
• 2.1 疲劳的分类
• 2.2 现代疲劳寿命设计方法
• 2.2.1 疲劳寿命设计的两个阶段
• 2.2.2 现行的疲劳寿命设计方法
• 2.3 疲劳累积损伤理论
• 2.3.1 损伤的定义
• 2.3.2 疲劳累积损伤理论
• 2.4 有限元疲劳分析法流程
• 3 强夯机虚拟样机建模
• 3.1 XGH400液压履带式强夯机介绍
• 3.2 有限元建模（ANSYS 9.0）
• 3.3 动力学仿真模型（MSC.ADAMS 2005）
• 3.4 模型合理性验证
• 3.4.1 有限元结果与试验结果对比
• 3.4.2 有限元与动力学软件模态分析校核
• 3.5 本章小结
• 4 强夯机疲劳寿命分析
• 4.1 载荷谱的获得
• 4.1.1 动力学仿真获得应力-时间历程
• 4.1.2 应力-时间历程统计处理
• 4.1.3 工况扩展处理形成载荷谱
• 4.2 材料疲劳性能参数
• 4.3 疲劳寿命分析结果
• 4.4 局部结构改进
• 4.5 本章小结
• 5 弦腹杆截面形状对四面桁架结构疲劳的影响
• 5.1 几种截面形式管材的选定
• 5.2 有限元建模及计算结果对比
• 5.3 疲劳寿命对比分析
• 5.4 本章小结
• 6 基于动力学仿真的防后倾结构设计改进
• 6.1 不同的臂架防后倾作用角度的影响
• 6.2 起重臂臂长的影响
• 6.3 弹簧刚度的影响
• 6.4 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢