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平衡冲击压路机车架有限元分析与研究

作　者: 王刚锋
导　师: 车胜创；成建联
学　校: 长安大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 平衡冲击压路机 车架 有限元 静态分析 模态分析 瞬态动力学分析
分类号: U415.521
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 82次
引　用: 2次
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内容摘要


平衡冲击压路机是“基于势能的机械设计节能方法”设计的节能新产品,由于该产品的车架在高速作业过程中不仅要承受周期性变化的较大牵引力和四个冲击轮的荷载,而且工况恶劣、使得受力复杂特殊,所以车架成为保证平衡冲击压路机正常工作的关键部位。本论文结合工程理论与实际,利用有限元技术对其车架的力学性能进行了评估,并对车架提出了改进方案。论文首先应用Pro/ENGINEER和ANSYS建立了平衡冲击压路机车架的有限元模型。在此模型基础上,对车架在五种工况下做了静态分析,找出了车架受力的关键位置；结合路面激励、冲击轮冲击、牵引力水平激励及发动机振动对车架动态性能的影响,对车架进行了模态分析,为车架结构改进提供了理论依据；运用达朗贝尔原理对冲击轮运动所需的牵引力进行了理论计算,并利用MATLAB对车架牵引力进行了数值模拟,确定了平衡冲击压路机在12km/h的作业速度下,车架在不同时刻的受力状况；进而通过在ANSYS中建立载荷步文件对车架进行了瞬态动力学分析,得到了车架重要部位的位移响应和应力响应。理论计算及分析表明：平衡冲击压路机车架结构设计基本合理；但在转场工况下车架局部位置有应力集中；外部激励可能引起车架共振使其后车架尾部发生局部变形；在作业工况下,车架的连接耳板附近有瞬时的较大变形和应力。基于上述分析,本文提出了车架改进方案,并对改进车架进行了相应的静态、模态以及瞬态动力学分析。工业试验和分析结果表明,改进车架满足压实作业要求,车架的变形及应力分布状况均有所改善,提高了车架安全系数和寿命。同时,本文对平衡冲击压路机的总牵引力曲线进行了模拟,为该机系列产品(45kJ平衡冲击压路机、自行式平衡冲击压路机)的进一步研究开发和工程应用提供了详实依据。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-11
第一章 绪论  11-17
  1.1 课题的背景及意义  11-12
  1.2 冲击压路机的研究现状  12-14
  1.3 有限元技术概述  14
  1.4 选题的提出  14-16
  1.5 课题研究的主要内容  16-17
第二章 平衡冲击压路机特点及其车架有限元模型的建立  17-32
  2.1 平衡冲击压路机整机结构特点  17-21
    2.1.1 平衡冲击压路机工作原理及其各组成部分的特点  17-20
    2.1.2 平衡冲击压路机优点  20-21
  2.2 相关应用软件的特点  21-22
  2.3 建立车架有限元模型时的简化和假设  22-23
  2.4 车架有限元建模方式的选择  23
    2.4.1 有限元分析模型建立方式  23
    2.4.2 选择有限元模型单元类型  23
  2.5 车架有限元模型的建立  23-28
    2.5.1 建立车架几何模型  23-25
    2.5.2 模型导入有限元分析软件  25
    2.5.3 建立车架有限元模型  25-28
  2.6 车架有限元分析过程及程序实现  28-31
    2.6.1 有限元分析过程  28-30
    2.6.2 车架有限元分析的程序实现  30-31
  2.7 本章小结  31-32
第三章 车架静态有限元分析  32-38
  3.1 静力学分析简介  32
  3.2 边界条件的确定  32-33
  3.3 车架静态有限元计算  33-37
    3.3.1 工况1车架有限元计算  33-34
    3.3.2 工况2车架有限元计算  34-35
    3.3.3 工况3车架有限元计算  35
    3.3.4 工况4车架有限元计算  35-36
    3.3.5 工况5车架有限元计算  36-37
  3.4 车架静态分析结论  37-38
第四章 车架模态有限元分析  38-48
  4.1 模态分析简介  38
  4.2 车架模态计算  38-40
  4.3 车架模态分析  40-48
    4.3.1 车架各阶模态振型分析  40-44
    4.3.2 外部激励对车架动态性能的影响  44-47
    4.3.3 车架模态分析结论  47-48
第五章 车架瞬态动力学分析  48-63
  5.1 瞬态动力学分析简介  48
  5.2 作业条件下的车架受力分析计算  48-57
    5.2.1 单冲击轮运动所需牵引力理论分析  50-53
    5.2.2 车架牵引力计算参数的确定  53-54
    5.2.3 车架牵引力计算  54-57
  5.3 车架瞬态响应分析计算  57-58
  5.4 计算结果分析  58-63
    5.4.1 位移响应分析  59-60
    5.4.2 应力响应分析  60-61
    5.4.3 总牵引力曲线模拟  61-62
    5.4.4 车架瞬态分析结论  62-63
第六章 车架结构改进  63-70
  6.1 结构改进方案  63-64
  6.2 改进车架静态分析  64-65
  6.3 改进车架模态分析  65-67
  6.4 改进车架瞬态分析  67-69
  6.5 车架改进分析结论  69-70
结论与展望  70-72
参考文献  72-75
附录  75-78
致谢  78

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 道路工程 > 道路建筑施工 > 施工机械与设备 > 路面施工机械 > 路面摊铺机、压路机
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