研究焊缝33900型矿用自卸车车架结构疲劳寿命与优化

论文导读：，然后进一步利用SEAM_weld策略得到更为可靠的焊缝疲劳寿命。以疲劳寿命浅析结果可以看出，得到了现有车架基本可以满足利用要求的结论。4．最后，以柔度为目标对车架进行了拓扑优化浅析。根据拓扑优化的结果，提出新的车架模型设计案例，然后对新的车架模型进行静强度浅析、极限扭转工况浅析和疲劳寿命浅析，与原始车架进行比较，优
摘要：33900型220t矿用自卸车工作环境复杂以及行驶路况恶劣，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，特别是主要承载部件车架。在交变载荷作用下，疲劳裂纹有可能在焊接结构的焊缝附近萌生，该矿用自卸车在经过一定运转时间后，有少数矿用自卸车车架焊缝处局部已经出现裂缝。随着计算机辅助工程（CAE）技术的不断进展和改善，其在车辆设计中的运用越来越广泛。为了预测33900型矿用自卸车车架以及车架焊缝疲劳寿命，将多体动力学仿真和CAE浅析中的有限元浅析、疲劳寿命浅析以及结构优化设计等技术运用到车架的设计中，形成较为完整的CAE工程运用系统。1．本论文首先建立了整车多体动力学模型，根据自卸车行驶的实际路况，采取C级路面谱作为输入，得到满载和空载时的车架动态外载荷的时间历程，提供了疲劳寿命浅析时所需要的载荷谱数据；同时还仿真了自卸车过凹坑凸台的扭转极限工况。2．在Hypermesh中以壳单元对车架进行离散建立了有限元模型，其中采取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，浅析了车架的静态强度特性。同时，由于矿用自卸车利用条件的复杂性以及安全的重要量，对车架进行了水平弯曲，极限扭转和紧急制动三种极限工况的动强度浅析，得到了该三种极限工况下的应力和位移云图分布。通过对车架的仿真计算值与实验应力峰值的比较，其应力大小比较吻合，验证了仿真模型的正确性。3．在车架动力学浅析与静力学浅析的基础上，根据车架材料的S-N曲线，利用Msc.Fatigue软件分别得到了车架在满载和空载时的疲劳寿命，然后进一步利用SEAM_weld策略得到更为可靠的焊缝疲劳寿命。以疲劳寿命浅析结果可以看出，得到了现有车架基本可以满足利用要求的结论。4．最后，以柔度为目标对车架进行了拓扑优化浅析。根据拓扑优化的结果，提出新的车架模型设计案例，然后对新的车架模型进行静强度浅析、极限扭转工况浅析和疲劳寿命浅析，与原始车架进行比较，优化后的车架强度和疲劳寿命均有所提升。本论文所积累的一些浅析数据，为以后相应的工程浅析规范和企业对车架结构的改善提供一些参考与指导。关键词：车架论文Hypermesh论文载荷谱论文焊缝论文疲劳寿命论文拓扑优化论文
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Abstract6-11
第1章 绪论11-19

1.1 探讨背景及作用11-12

1.2 矿用自卸车进展近况12-14

1.3 车架 CAE 技术的探讨概况14-18

1.3.1 车架强度的静动态浅析14-15

1.3.2 多系统统动力学浅析15-16

1.3.3 车架的疲劳浅析16-17

1.3.4 车架的优化设计17-18

1.4 论文探讨的主要内容18-19

第2章 整车动力学仿真19-31

2.1 整车系统动力学19-20

2.2 整车动力学模型的建立20-26

2.1 主要系统模型运动副的建立20-21

2.2 悬架系统的模拟21-23

2.3 轮胎参数的确定23-24

2.4 路面的建立24-26

2.5 整车系统模型26

2.3 动力学仿真浅析26-30

2.3.1 满载和空载水平路面行驶工况26-29

2.3.2 满载扭转极限行驶工况29-30

2.4 本章小结30-31

第3章 车架强度浅析31-44

3.1 车架有限元模型的建立31-34

3.

1.1 车架静动力浅析时的假设条件31

3.

1.2 车架三维模型的简化31-32

3.

1.3 悬架系统的线性化32-33

3.

1.4 车架网格划分与边界条件的确定33-34

3.2 车架强度浅析34-40
3.

2.1 静强度浅析35-36

3.

2.2 动强度浅析36-40

3.3 车架强度浅析结果与实验比较40-43

3.1 应力实验测试40-42

3.2 有限元仿真值与实验值的比较42-43

3.4 本章小结43-44

第4章 车架疲劳寿命浅析44-62

4.1 疲劳寿命浅析的基本论述与策略44-49

4.

1.1 疲劳载荷谱44

4.

1.2 材料的 S-N 曲线44-45

4.

1.3 雨流计数法45-46

4.1.4 疲劳论文导读：献74-79致谢79-80附录A(攻读学位期间所发表的学术论文目录)80上一页12
累计损伤原理46-48
4.

1.5 疲劳寿命浅析策略48-49

4.2 车架的全寿命浅析策略49-55
4.

2.1 全寿命浅析的设置50-53

4.

2.2 计算结果与浅析53-55

4.3 车架焊缝的疲劳寿命浅析55-61
4.

3.1 焊缝的壳单元建模技术55-60

4.

3.2 车架焊缝的 SEAM_weld 疲劳浅析策略60-61

4.4 本章小结61-62
第5章 车架结构优化设计62-72

5.1 车架结构拓扑优化探讨62-64

5.

1.1 拓扑优化算法62-63

5.

1.2 拓扑优化基本原理与策略63-64

5.2 车架结构的拓扑优化设计64-68
5.

2.1 车架结构拓扑模型的建立65

5.

2.2 车架结构的优化目标65-66

5.

2.3 车架结构拓扑浅析结果66-68

5.3 新车架模型的建立与强度浅析68-71
5.

3.1 新车架结构静强度浅析68-70

5.

3.2 新车架结构扭转工况浅析70-71

5.

3.3 新车架结构疲劳寿命浅析71

5.4 本章小结71-72
结论72-74
参考文献74-79
致谢79-80
附录A (攻读学位期间所发表的学术论文目录)80