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工程专用自卸车车架疲劳寿命分析
| 论文题名： | 工程专用自卸车车架疲劳寿命分析 |
| 关键词： | 工程自卸车;车架;疲劳寿命;极限扭转;模态应力 |
| 摘要： | 工程专用自卸车主要运行于矿山、工地等场所，行驶路况恶劣且常在严重超载的工况下使用。车架是工程专用自卸车重要的承载结构，驾驶室、液压举升系统、车厢、动力传动系统和车桥等总成或部件通过刚性或柔性连接安装在车架上。因此，车架的性能对整车的性能有直接影响。在进行车架结构设计时，若能比较准确地预测其疲劳寿命，对防止由于车架疲劳破坏而引发的事故有着非常重要的意义。 随着计算机学科和CAE技术的发展，CAE技术在车辆结构设计开发阶段以及整车后续分析中得到了广泛的应用。为了预测前期开发的工程专用自卸车主副一体式车架结构在超载工况（载重55t、70t）下的疲劳寿命，将有限元结构分析、整车多体动力学仿真、疲劳寿命分析等CAE技术应用到车架结构的分析中。考虑到超载工况下整车试验的安全性，本文通过CAE技术，基于模态应力恢复理论，分析了DT-002工程专用自卸车车架在超载工况下的疲劳寿命。 首先，在HyperMesh软件中建立了DT-002自卸车车架的有限元模型，根据车架构件使用的材料赋予其材料属性，并结合整车实际工作状态施加边界条件，分析了超载条件下车架在静载弯曲、极限扭转、举升初（0°）和举升最大角（45°）四种工况下的静态特性。 其次对DT-002车架进行了模态分析。去除车架有限元模型边界条件，通过模态分析得到自由状态下车架的模态信息后，模拟车架自由状态进行模态试验，以试验分析所得模态信息与有限元分析得到的模态信息对比，两者间固有频率最大误差为5％，且各阶模态振型基本吻合，验证了有限元模型的可信性。采用部件模态综合法（CMS）对车架有限元模型进行模态分析，并同时仿真得到车架的MNF模态中性文件和OP2模态应力文件。 然后在ADAMS软件中以柔性体车架为基体建立DT-002自卸车的刚柔耦合模型。为了验证建立的整车动力学模型，进行了DT-002自卸车道路试验，测得整车在公司试验场路和工地道路运行时车架、车桥的振动信号，然后进行整车动力学分析，验证了动力学模型的可信性。结合工程专用自卸车的实际运行状态，将车速控制在15-20km/h，选择D级路面进行整车虚拟道路试验，提取超载条件下车架柔性体的模态位移时间历程，作为车架疲劳寿命分析的疲劳载荷。 最后，基于模态应力恢复理论，预测工程专用自卸车车架超载下的疲劳寿命。利用CMS模态分析求得的模态应力文件和整车虚拟试验提取的模态位移历程相结合作为车架疲劳载荷，结合车架疲劳特性曲线，预测车架疲劳寿命以及危险区域。分析结果表明，采用本文所述方法能够有效的分析车架的疲劳寿命，有利于指导车架结构的优化改进，提升自卸车的市场竞争力。 |
| 作者： | 张国栋 |
| 专业： | 机械工程 |
| 导师： | 王铁;申晋宪 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 太原理工大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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