本文關鍵詞：基于數(shù)值模擬的卸料車主軸斷裂與疲勞壽命研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：疲勞失效是機械工程領域的主要失效形式，許多重大災難性事故都是由疲勞失效引起的，這些事故不僅威脅到生命財產安全，同時造成了重大的經濟損失。因此，對材料和結構件的疲勞失效進行研究具有重大的工程及現(xiàn)實意義。 疲勞研究的目的有三點，一是定壽，即精確地預測結構的疲勞壽命；二是延壽，即通過改變結構等措施延長結構的使用壽命；三是優(yōu)化疲勞試驗，即簡化疲勞試驗或縮短疲勞試驗周期。本文以某卸料車主軸為研究對象，針對疲勞研究目的中前兩點進行了探討。 卸料車主軸是卸料車的重要部件，為了評價其使用安全性，本文以數(shù)值模擬為研究手段，分別就各工況下卸料車的應力應變場，軸的全疲勞壽命和含橫向裂紋的疲勞裂紋擴展壽命進行了較全面系統(tǒng)的研究分析，為卸料車主軸完整性評價標準的建立奠定了一定的理論基礎。 本文主要進行了以下幾方面的研究： （1）采用有限元方法計算分析算例的疲勞壽命和斷裂力學參量K，并與理論解析值相比較，結果表明有限元方法確定結構的疲勞壽命和斷裂力學參量是準確可靠的。從而為ANSYS分析卸料車主軸疲勞及疲勞裂紋擴展壽命奠定了方法基礎。 （2）對各工況下的應力應變場進行模擬分析，并對主軸中應力集中區(qū)域的力學性能進行了分析和研究，得出結構危險點，從而為進一步的疲勞分析提供依據(jù)。 （3）對主軸的疲勞壽命進行研究，得出其從使用到斷裂的總疲勞壽命，為工程應用提供了理論指導。并分析了幾個因素對疲勞壽命的影響，得出各因素對疲勞壽命影響的大小，，為結構的改進提供了理論指導。 （4）在結構優(yōu)化設計理論的基礎上用ANSYS對其結構進行優(yōu)化，得出了較好的優(yōu)化結果。 （5）模擬計算出卸料車主軸含表面橫向裂紋的斷裂力學參量，再在此基礎上計算出了裂紋初始長度與裂紋擴展壽命的關系曲線，計算出了臨界裂紋長度。結合卸料車主軸在工作過程中的實際壽命計算得到軸的初始裂紋尺寸。
【關鍵詞】：車軸 數(shù)值模擬 疲勞壽命 結構優(yōu)化設計 裂紋擴展壽命
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TG115;TH244
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-7
• 主要數(shù)學符號7-9
• 目錄9-12
• 第1章 緒論12-22
• 1.1 選題背景及工程意義12-14
• 1.2 軸件疲勞壽命研究發(fā)展及現(xiàn)狀14-16
• 1.2.1 國外車軸疲勞研究14-15
• 1.2.2 國內車軸疲勞研究15-16
• 1.3 疲勞壽命研究方法16-19
• 1.3.1 名義應力法16-17
• 1.3.2 局部應力應變法17-18
• 1.3.3 斷裂力學法18-19
• 1.4 有限單元法19-21
• 1.4.1 有限單元法概述19
• 1.4.2 有限單元法特性及分析過程19-20
• 1.4.3 ANSYS 軟件介紹20-21
• 1.5 本文研究內容及方法21-22
• 第2章 疲勞、斷裂力學相關理論及數(shù)值方法22-34
• 2.1 疲勞理論及數(shù)值方法22-26
• 2.1.1 S-N 曲線22-23
• 2.1.2 線性疲勞累積損傷理論23-24
• 2.1.3 ANSYS 結構疲勞分析過程24-25
• 2.1.4 疲勞壽命計算算例25-26
• 2.2 斷裂力學理論及數(shù)值方法26-33
• 2.2.1 三維斷裂模型應力強度因子 K 表達式26-27
• 2.2.2 斷裂模擬分析過程27-29
• 2.2.3 應力強度因子 K 的數(shù)值計算29
• 2.2.4 算例計算分析29-33
• 2.3 本章小結33-34
• 第3章 卸料車主軸疲勞壽命研究34-43
• 3.1 卸料車主軸結構及工況分析34-35
• 3.2 強度、剛度模擬分析35-39
• 3.2.1 模型的建立35-36
• 3.2.2 載荷的施加和約束36
• 3.2.3 計算結果及分析36-39
• 3.3 疲勞壽命的模擬計算及分析39-42
• 3.3.1 S-N 曲線的確定39-40
• 3.3.2 疲勞壽命結果及分析40
• 3.3.3 改進建議及方案40-42
• 3.4 本章小結42-43
• 第4章 卸料車主軸的結構優(yōu)化設計43-50
• 4.1 結構優(yōu)化設計概述43
• 4.2 結構優(yōu)化設計基本概念43-45
• 4.2.1 設計變量43-44
• 4.2.2 目標函數(shù)44
• 4.2.3 約束條件44
• 4.2.4 優(yōu)化設計的數(shù)學模型44-45
• 4.3 卸料車主軸結構設計及優(yōu)化分析45-49
• 4.3.1 提高軸強、剛度的常用措施45
• 4.3.2 卸料車主軸結構設計45-46
• 4.3.3 數(shù)學模型的建立46-47
• 4.3.4 參數(shù)化建模及有限元分析47
• 4.3.5 提取狀態(tài)變量和目標函數(shù)并進行優(yōu)化分析47-48
• 4.3.6 查看結果及分析48-49
• 4.4 本章小結49-50
• 第5章 卸料車主軸疲勞裂紋擴展壽命研究50-56
• 5.1 疲勞裂紋擴展50-52
• 5.1.1 疲勞裂紋擴展率50-51
• 5.1.2 疲勞裂紋擴展壽命估算51-52
• 5.2 ANSYS 子模型技術介紹52-53
• 5.3 含表面橫向裂紋疲勞壽命估算53-55
• 5.4 本章小結55-56
• 第6章 結論與展望56-58
• 6.1 結論56-57
• 6.2 展望57-58
• 致謝58-59
• 參考文獻59-62
• 附錄62-65
• 附錄 A 卸料車主軸詳細尺寸圖62-63
• 附錄 B 卸料車主動車輪組總成部件圖63-64
• 附錄 C 裂紋尖端奇異性創(chuàng)建宏文件64-65

【參考文獻】

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  本文關鍵詞：基于數(shù)值模擬的卸料車主軸斷裂與疲勞壽命研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：402529