面向绿色再制造的破碎机关键部件疲劳寿命分析

论文摘要

再制造工程作为一种符合可持续发展战略要求的技术得到了越来越多的重视。再制造工程是解决资源浪费、环境污染和废旧设备翻新的最佳方法之一,它是发展循环经济和构建节约型社会的重要途径之一。破碎机是矿山机械的主要设备。零部件的疲劳寿命分析是再制造工程的主要内容,具有重要的工程实践意义。本文总结了现有的再制造的研究和再制造产业的现状,将再制造毛坯的疲劳寿命分析作为研究的重点,并以破碎机主轴为例进行了研究。总结了疲劳寿命的全寿命分析方法、应变寿命分析和断裂疲劳分析,以及模态综合分析方法。以模态理论为基础,在PATRAN环境下建立了完整的破碎机主轴有限元分析模型,并用NASTRAN进行了模态分析计算得到主轴的工作模态参数结果;以模态综合法为基础进行了模态分析,得到弹性体破碎机主轴模态结果。利用ADAMS建立破碎机主体结构的动力学仿真模型,并用弹性体主轴替换刚性体主轴多体动力学仿真,最后提取破碎机主轴的模态时间历程载荷。在FATIGUE里建立疲劳仿真模型,将主轴的模态分析结果和模态时间历程载荷导入到疲劳仿真模型中,并创建材料的SN曲线,最后分析得到疲劳寿命结果。应用数值分析方法求解破碎机主轴的疲劳寿命,并将计算结果和疲劳仿真分析的结果进行对比,从而验证了仿真分析结果的准确性和再制造性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 课题提出的背景及意义
• §1-2 再制造的现状
• §1-3 国内外研究现状
• 1-3-1 再制造的研究
• 1-3-2 疲劳寿命预测的研究
• 1-3-3 矿山设备的再制造
• §1-4 课题的研究内容及框架
• 1-4-1 课题研究的主要内容
• 1-4-2 论文结构
• 第二章 再制造和疲劳寿命分析及其关系
• §2-1 再制造工程的内涵
• 2-1-1 再制造在产品全寿命周期中的位置
• 2-1-2 再制造主要研究内容
• 2-1-3 再制造在我国面临的发展问题
• §2-2 疲劳寿命分析在再制造中的作用
• §2-3 疲劳寿命分析及方法
• 2-3-1 疲劳寿命分析的发展
• 2-3-2 疲劳寿命分析的方法
• §2-4 小结
• 第三章 破碎机主轴模态分析
• §3-1 模态理论
• 3-1-1 模态分析理论
• 3-1-2 模态分析的过程
• §3-2 破碎机主轴有限元模型建立
• 3-2-1 主轴模型
• 3-2-2 主轴约束分析
• 3-2-3 主轴有限元节点网格的划分
• 3-2-4 模态分析边界的设置
• §3-3 主轴工作模态分析
• 3-3-1 主轴模态分析边界自由度的分析
• 3-3-2 主轴提取模态的确定
• 3-3-3 模态分析及模态参数分析结果
• §3-4 小结
• 第四章 基于模态综合法的载荷谱创建
• §4-1 基于模态综合法的模态分析
• 4-1-1 模态综合理论
• 4-1-2 模态综合法分析中模态的提取
• 4-1-3 模态综合法模态分析设置
• 4-1-4 模态分析输入文件的生成
• 4-1-5 Nastran模态求解
• §4-2 主轴弹性体的创建
• 4-2-1 弹性体的坐标表示
• 4-2-2 弹性体的运动方程
• 4-2-3 生成主轴弹性体
• §4-3 破碎机多体仿真模型的创建
• 4-3-1 破碎机整体模型的创建
• 4-3-2 利用MSC·Adams建立刚性仿真系统
• 4-3-3 MSC·Adams/Flex模块的功能
• 4-3-4 利用MSC·Adams/Flex模块替换刚性体建立刚柔耦合模型
• §4-4 疲劳载荷谱的提取
• 4-4-1 模态应力恢复
• 4-4-2 生成疲劳载荷谱
• §4-5 小结
• 第五章 破碎机主轴疲劳寿命分析
• §5-1 主轴疲劳寿命仿真计算
• 5-1-1 疲劳分析的基本步骤
• 5-1-2 疲劳分析的理论依据
• 5-1-3 主轴疲劳仿真分析
• 5-1-4 疲劳寿命分析结果
• §5-2 利用数值法计算主轴寿命
• 5-2-1 雨流计数时间历程载荷谱
• 5-2-2 构造SN曲线
• 5-2-3 利用线性累积损伤计算总寿命
• §5-3 在剩余寿命角度分析破碎机主轴再制造
• §5-4 小结
• 第六章 总结与展望
• §6-1 总结
• §6-2 展望
• 参考文献
• 致谢