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全架式大功率拖拉机车架疲劳寿命预测研究

李晓艳  
【摘要】:车架是拖拉机的主要承载结构,在拖拉机作业过程中,承受各种动态随机载荷,疲劳破坏是其在动态随机载荷作用下的主要破坏形式。因此进行车架疲劳寿命预测对拖拉机工作可靠性具有重要意义。利用虚拟样机技术进行拖拉机车架结构疲劳寿命预测可以大大缩短产品开发周期,降低开发成本和提高设计质量。 本文以徐州凯尔机械有限公司生产的KAT1804型大功率拖拉机为研究对象,通过整车系统动力学仿真、有限元计算和疲劳寿命预测等多领域综合分析,实现虚拟环境中预测车架结构的疲劳寿命。 首先基于三维建模软件PRO/E建立车体的三维实体模型,并利用PRO/E和ADAMS的无缝连接接口模块MECH/PRO将其导入ADAMS中,结合路面模型和轮胎模型建立整车动力学模型,仿真计算车架在运行过程中的7个随机载荷时间历程。其中基于谐波叠加法重构E级标准路面的空间不平度,编写适用于拖拉机整车仿真的路面文件,并生成路面模型;根据前后轮胎特性参数编写UA轮胎文件,结合轮胎的质量惯性参数,在ADAMS中建立轮胎模型。 其次利用(?)NSYS软件建立车架有限元模型,进行准静态应力分析,获得了各工况下车架的应力影响因子,结果显示只在后桥安装板折弯处出现应力集中,证明了该车架结构满足强度和刚度要求。 再次采用试验与计算机仿真相结合的方法对车架进行模态分析,求得了其低阶固有频率和振型。通过固有频率试验值和计算值的相对误差分析,验证了本文建立的车架有限元模型的可靠性;得到的固有频率和振型证明了外部激励源不易引起车架的共振,车架动态性能比较合理。 最后结合多体动力学仿真获得的随机载荷时间历程、车架的应力影响因子和特定的S-N曲线,利用MSC.FATIGUE软件基于准静态应力法的疲劳寿命分析技术预测了车架结构的疲劳寿命。 疲劳寿命结果表明,该拖拉机车架结构的设计满足疲劳寿命的要求,比较危险的区域位于车架后桥安装板折弯处,其它位置几乎为无限寿命,可以根据此疲劳寿命模型对车架进行轻量化设计。 总之,这篇论文比较系统地阐述了基于多体动力学和有限元法对全架式大功率拖拉机车架这种大型复杂结构展开疲劳研究的基本思路和方法。利用这种集成的计算方法,可以在车架设计初期就较为准确地预测其疲劳寿命,为车架结构的优化设计提供理论依据。


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