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液压挖掘机工作装置有限元分析与焊接疲劳寿命预测

张净华  
【摘要】:液压挖掘机是一种重要的工程机械产品,广泛应用于建筑、交通、水利、采矿、国防、农业及城市建设等众多领域,在现代工程建设中起着举足轻重的作用。液压挖掘机工作装置的性能是整机先进性的重要标志。由于挖掘机恶劣的工作环境,其工作装置在剧烈的冲击振动下往往出现结构变形、共振、焊接位置疲劳磨损等破坏,所以挖掘机工作装置的强度、可靠性以及结构的合理性对挖掘机的工作性能有直接的影响。因此,对于挖掘机工作装置的研究具有十分重要的意义。本文以某中型液压挖掘机工作装置为研究对象。首先,对挖掘机的挖掘力和挖掘阻力进行了理论分析计算,建立了复合挖掘工况下的数学模型。其次,利用ANSYS软件的APDL语言建立整机的参数化三维有限元模型,对四种危险工况进行静力分析,获得了工作装置的应力分布等详细力学性能。通过对挖掘机工作装置的模态分析,确定了结构的固有频率和模态振型。再次,将挖掘机工作装置三维模型通过接口软件Solid Works导入ADAMS环境中,进行动力学仿真,获得工作装置各铰点在整个挖掘过程中的载荷变化值,将这些载荷直接加载到有限元模型对应的铰点处,进行有限元仿真分析,从而可以获取工作装置任意一点的应力时间历程曲线,最后,阐述了焊接疲劳理论并详细介绍了目前国际上广泛采用的两种焊接评估标准:BS标准和IIW标准,对确定的焊接疲劳评估点提取其应力时间历程曲线进行雨流计数统计,得到载荷历程中的各级循环应力,结合线性累积损伤理论,采用上述两种疲劳评估标准计算出工作装置各评估点的焊接疲劳寿命。该论文的研究分析成果为同类型产品的设计研发提供了新的方法,具有较高的参考价值。


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