装载机驱动桥壳疲劳寿命预测研究

论文摘要

驱动桥壳作为装载机的关键零部件,承受来自路面和装载机本身的各种冲击和作用力,其刚度和强度对于主减速器和差速器齿轮的正常啮合及半轴的正常工作有着重要意义。装载机的作业工况复杂,驱动桥壳所承受的外部载荷是随时间而变化的动态随机载荷。因此,桥壳的主要破坏形式是交变载荷作用下损伤长期积累而导致的疲劳失效。本文结合浙江省科技厅重大科技专项项目（2009C11111）“轮式装载机驱动桥关键技术研究与产业化”,对ZL50型装载机驱动桥壳进行了疲劳寿命预测研究。本文的主要研究内容如下:1)利用大型建模软件UG建立了桥壳三维实体模型,将该几何模型导入前处理软件HyperMesh中进行网格划分,最终得到桥壳的有限元分析模型。利用ABAQUS对桥壳在台架试验载荷和装载机满载工况下分别进行了强度有限元分析,获得了桥壳的应力分布。通过在桥壳表面覆盖一层很薄的壳单元,为后续的疲劳分析提供了更为准确的桥壳表面应力。通过比较桥壳台架疲劳试验加载频率和模态分析获得的桥壳固有频率,说明了后续章节采用准静态疲劳分析法估算桥壳寿命的合理性。2)根据桥壳强度有限元分析结果,确定了桥壳载荷谱的测试方案,测取了桥壳的载荷-时间历程。对采集到的载荷数据进行了较详细的分析,利用nSoft软件的数据处理模块,对测试数据进行了雨流计数处理,得到了各采样测点应力-时间历程的雨流/损伤直方图和损伤时间历程。3)分别基于有限元法和实测应力,结合材料的疲劳特性（S-N曲线）,选用Miner累积损伤法则,利用nSoft软件中的疲劳分析模块,对桥壳进行了疲劳寿命预估,得到了驱动桥壳疲劳寿命云图及最低疲劳寿命。4)为了考察焊缝对桥壳疲劳强度的影响,在桥壳整体疲劳损伤/寿命分析的基础上,进行了焊缝局部细节的疲劳分析。应用BS7608标准,分别基于实测应力和有限元法进行了焊缝疲劳寿命预估研究。两种计算结果均表明,焊缝的疲劳强度明显的低于母材的疲劳强度,这和焊接结构的疲劳强度通常取决于焊缝接头疲劳强度的实际情况是相吻合的。本文对装载机驱动桥壳的载荷谱测试及疲劳寿命研究方法也为其它车辆机械零部件的抗疲劳设计提供了参考,本文的研究工作具有实用意义和推广价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 疲劳研究与发展
• 1.2.2 驱动桥壳结构强度分析的研究现状
• 1.2.3 驱动桥壳疲劳寿命预测的研究现状
• 1.3 课题来源及主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 驱动桥壳强度有限元分析及模态分析
• 2.1 桥壳强度有限元分析
• 2.1.1 有限元方法基本原理
• 2.1.2 有限元软件HyperMesh 及ABAQUS 简介
• 2.1.3 桥壳材料力学性能
• 2.1.4 桥壳有限元模型建立
• 2.1.5 桥壳强度有限元分析结果
• 2.2 桥壳模态分析
• 2.2.1 模态分析方法
• 2.2.2 桥壳有限元模态分析
• 2.3 本章小结
• 第三章 装载机驱动桥壳载荷谱实测
• 3.1 桥壳载荷的采集
• 3.1.1 应变电测理论简介和测试方案的确定
• 3.1.2 载荷数据的采集
• 3.2 疲劳寿命分析软件nSoft 简介
• 3.3 载荷数据的统计处理
• 3.3.1 载荷数据的分析
• 3.3.2 载荷数据的统计处理
• 3.4 本章小结
• 第四章 驱动桥壳疲劳寿命预测
• 4.1 结构疲劳寿命预测的理论基础
• 4.1.1 结构疲劳寿命预测方法
• 4.1.2 影响疲劳寿命的主要因素
• 4.1.3 桥壳材料S-N 曲线及其修正
• 4.1.4 疲劳累积损伤理论
• 4.2 桥壳疲劳寿命预测
• 4.2.1 CAE 虚拟仿真技术综合应用于疲劳分析
• 4.2.2 结构有限元分析与疲劳计算
• 4.2.3 基于有限元法的桥壳疲劳寿命预估
• 4.2.4 基于实测应力的桥壳疲劳寿命预估
• 4.3 本章小结
• 第五章 驱动桥壳典型焊缝疲劳性能预估分析
• 5.1 焊接结构疲劳强度理论简介
• 5.2 焊缝S-N 曲线
• 5.3 基于实测应力的焊缝疲劳寿命预估
• 5.3.1 实测应力-时间历程及其统计处理
• 5.3.2 应用 BS7608 评估桥壳焊缝的疲劳寿命
• 5.4 基于有限元法的焊缝疲劳寿命预估
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 全文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 攻读硕士学位期间的研究成果