油泵托架可靠性分析研究

论文题目: 油泵托架可靠性分析研究

论文类型: 硕士论文

论文专业: 车辆工程

作者: 吕昂

导师: 毕凤荣

关键词: 可靠性,疲劳寿命,有限元分析,实验模态分析,动力响应分析

文献来源: 天津大学

发表年度: 2005

论文摘要: 某型车用油泵托架总成在使用过程中发生断裂,并且在随机振动试验中也发生开焊。论文以该油泵托架为研究对象,运用有限元方法和试验模态理论,对托架结构进行了动态特性分析和动力响应分析。并在此基础上提出改进方案,改进后的油泵托架成功地通过了随机振动试验。首先建立了托架总成的CAE有限元模型,并确定其边界条件。为了建立油泵托架这种结构复杂的装配体的有限元模型,本文尝试了多种建模的手段和技巧,最终通过合理的简化模型、恰当处理零件之间的连接关系、利用有限元计算方法准确模拟多个橡胶减振垫的刚度、利用模态试验结果修正模型参数等方法建立了能够如实反映原结构的几何特性与力学特性的有限元模型。以对油泵总成进行的自由支撑和固定支撑模态试验为基础,修正并验证了所建的有限元模型,准确确定了结构的固有频率和振型。为了分析油泵托架的断裂原因,本文对其进行了随机振动分析,利用随机振动分析得到的动应力结果进行了基于高斯分布和Miner线性累积损伤定律的随机疲劳计算,并以S-N曲线为依据进行了寿命估计。计算结果与随机振动试验结果相符。对结构中的动应力分析结果表明,托架底部的焊接部位存在应力集中,在振动中产生较大的动应力,是致使托架发生疲劳断裂的最主要的原因。根据上述分析计算结果,本文提出了结构改进的方法,改进后托架通过在底部增加圆滑过渡的凸台结构和增开两个卸载槽而有效的消除了焊接部位应力集中的状况。为了验证改进后托架结构的动力性能,本文建立了改进后的油泵托架的有限元模型,并利用该模型对改进后的油泵托架进行了模态分析和随机振动分析以及疲劳损伤计算。通过对比改进前与改进后托架的计算结果可知,二者的固有频率基本变化不大,但在相同的随机激励作用下,改进后托架的动应力明显小于改进前托架中的动应力。对改进后托架进行的疲劳寿命计算以及随机振动试验均证明了改进后托架可以满足使用要求。本文还分别对改进前和改进后的油泵托架进行了谐响应分析,确定结构承受不同频率的正弦激励时的响应情况,确定了结构的动刚度。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 课题研究的背景

1.2 有限元方法和软件

1.3 课题研究思路及主要内容

第二章 油泵托架总成有限元模型的建立

2.1 油泵托架结构简介

2.2 有限元模型建立的基本方法和原则

2.3 模型的简化方法

2.4 有限元单元的选取和单元质量的控制

2.5 实常数的确定

2.6 模型各部分的连接

2.7 边界条件

2.8 橡胶减振垫刚度的确定

2.8.1 橡胶减振垫刚度的初步计算

2.8.2 利用模态试验结果修正橡胶垫的刚度数值

2.9 改进前油泵托架有限元模型的建立

2.10 本章小结

第三章 试验与理论模态分析

3.1 引言

3.2 试验模态分析

3.2.1 自由支撑模态试验

3.2.2 固定支撑模态试验

3.3 理论模态分析

3.3.1 模态提取方法

3.3.2 改进前油泵托架有限元模态计算

3.3.2.1 改进前油泵托架自由支撑有限元模态计算

3.3.2.2 改进前油泵托架固定支撑有限元模态计算

3.4 改进前托架结构的模态试验结果与理论分析相比较

3.5 系统阻尼的确定

3.6 本章小结

第四章 改进前油泵托架的动力响应分析

4.1 引言

4.2 改进前托架的谐响应分析

4.2.1 简谐力F 施加在X 方向时

4.2.2 简谐力F 施加在Y 方向时

4.2.3 简谐力F 施加在Z 方向时

4.3 改进前托架的随机振动分析

4.3.1 油泵托架随机振动响应数值计算

4.3.2 改进前托架的随机疲劳损伤寿命计算

4.4 本章小结

第五章 油泵托架的改进设计方案及其动力学分析评价

5.1 托架改进设计方案

5.2 建立改进后托架的有限元模型

5.3 改进后油泵托架的模态计算

5.3.1 自由支撑有限元模态计算

5.3.2 固定支撑有限元模态计算

5.4 改进后托架的谐响应分析

5.4.1 当简谐力F 施加在X 方向时

5.4.2 当简谐力F 施加在Y 方向时

5.4.3 当简谐力F 施加在Z 方向时

5.5 改进后托架的随机振动分析

5.5.1 改进后托架随机振动响应数值计算

5.5.2 对改进后托架焊接部分进行疲劳损伤寿命计算

5.6 改进前与改进后油泵托架动态特性的比较分析

5.6.1 改进前、后托架固有频率的比较分析

5.6.2 改进前及改进后托架谐响应分析结果的比较分析

5.6.3 改进前及改进后托架随机振动分析结果的比较分析

5.7 改进后托架的试验验证

5.8 本章小结

第六章 全文总结

参考文献

攻读硕士学位期间所发表的论文和参加科研情况

附录A 改进前托架自由条件下前10阶振型图

附录B 改进前托架约束条件下前 16 阶振型图

附录C 改进后托架自由条件下前10阶振型图

附录D 改进后托架约束条件下前16阶振型图

附录E 改进前托架谐响应分析位移幅值－频率曲线

附录F 改进后托架谐响应分析位移幅值－频率曲线

致谢

发布时间: 2007-04-17

参考文献

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• [2].重型清障车吊臂和托架强度刚度的有限元分析研究[D]. 张占国.吉林大学2005
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