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基于模态应力恢复的矿用自卸车车架疲劳寿命研究

王玉涛  
【摘要】:SF35100型300t矿用自卸车工作环境复杂行驶路况恶劣,由于其体积庞大,且载重量大,自卸车在路面随机激励下产生的随机振动会引起自卸车结构部件的疲劳破坏。车架作为矿用自卸车的主要承载部件,其性能的好坏一定程度上决定了整车的质量。对于新产品的研发设计不可能通过大量的重复试验来获得产品性能品质,随着计算机辅助工程(CAE)技术的不断发展和完善,其在车辆设计中的应用越来越广泛。为了预测SF35100型矿用自卸车车架的疲劳寿命,将多体动力学仿真和有限元分析、疲劳寿命分析以及结构优化设计等技术应用到车架的设计中,形成较为完整的CAE工程应用体系。 (1)本文首先建立矿用自卸车车架的有限元模型,在原始三维几何模型基础上适当简化,以壳单元对车架进行离散建立了有限元模型,采用Mass单元对车架上负载质量较大的部件进行模拟,以Spring单元模拟悬架,选择合适的边界条件进行约束,分析了车架的静态强度特性和水平弯曲与紧急制动两种极限工况的动强度特性,得到了各个工况下的应力和位移云图分布。 (2)对车架有限元模型进行了模态分析和频率响应分析。采用Lanczos法对车架有限元模型进行模态分析,得到车架的固有频率和相应频率下的振型,同时生成车架的模态中性文件为后续建立柔性体车架做好准备。然后采用直接频率响应法来对车架进行了频率响应分析,得到车架某些危险处的单元应力和位移随频率变化的关系。 (3)建立整车的刚柔耦合动力学模型,根据矿用自卸车的实际工作情况,以C级路面作为激励输入,在30km/h的速度下,进行动力学仿真,得到车架的各阶模态坐标随时间变化的曲线,作为将要进行的车架疲劳寿命分析的输入载荷。 (4)利用Miner线性损伤累积模型,依据模态应力恢复理论,采用全寿命方法对车架进行了疲劳寿命分析。以模态求解得到的各阶模态应力和动力学仿真得到的各阶模态坐标作为输入,对车架进行疲劳寿命分析,获得疲劳寿命分布云图。采用多目标优化算法和近似模型方法,对车架进行抗疲劳优化设计。在提高车架疲劳寿命的同时实现其轻量化。


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