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轮式装载机工作装置的动力学仿真及疲劳耐久性分析

作　者: 于海增
导　师: 卫瑞元
学　校: 苏州大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 轮式装载机工作装置刚柔耦合虚拟样机疲劳耐久性分析
分类号: TH243
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

轮式装载机是用于装运散料、块料为主的工程机械设备,广泛应用于公路、铁路、建筑、港口和矿山等工程建设。轮式装载机工作装置是装载机上实现装料、运料和卸料的空间多杆机构,因此工作装置的运动学、动力学特性和疲劳耐久性对整机性能具有深刻的影响,本文集成应用动力学仿真、有限元分析、疲劳寿命分析来研究这个问题,这样不仅节约了样机制造和测试费用,而且缩短了产品开发周期。利用三维造型软件Solidworks建立轮式装载机工作装置的实体模型。应用有限元和多体动力学相结合的方法,建立轮式装载机工作装置的刚柔耦合虚拟样机模型。从运动学角度,对模型的卸载高度和各机构间的夹角进行验证分析;从动力学角度,对正载工况和偏载工况分别进行仿真分析,得到了这两种工况下的关键铰接点受力历程。采用全寿命(S-N)疲劳分析方法,利用疲劳分析软件MSC.Fatigue对轮式装载机工作装置关键部件进行了虚拟疲劳耐久性分析。通过本文研究,将刚柔耦合原理应用到轮式装载机工作装置上,从而得出了更加准确的关键铰接点受力情况,为虚拟疲劳分析和销轴强度设计奠定了基础。利用动力学分析结果和模态应力结果,模拟出了轮式装载机工作装置关键部件的疲劳安全因子,并与实际的使用情况进行比较,验证了仿真结果的正确性。为进一步优化轮式装载机工作装置提供了依据。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第1章绪论  9-15
  1.1 引言  9-10
  1.2 国内、外轮式装载机的发展综述  10-12
    1.2.1 国外轮式装载机的发展概况  10-11
    1.2.2 国内轮式装载机的发展概况  11-12
  1.3 轮式装载机工作装置简介  12-13
  1.4 轮式装载机工作装置的研究状况  13
  1.5 本文主要研究内容及分析方法  13-15
第2章疲劳及多体系统动力学理论基础  15-28
  2.1 疲劳分析理论基础  15-21
    2.1.1 疲劳定义  15-16
    2.1.2 疲劳累积损伤理论  16-17
    2.1.3 全寿命疲劳分析  17-21
  2.2 多体系统动力学理论基础  21-27
    2.2.1 ADAMS 多刚体系统动力学理论基础  22-23
    2.2.2 ADAMS 多柔体系统动力学理论基础  23-27
  2.3 本章小结  27-28
第3章实体模型和数学模型的建立  28-32
  3.1 工作装置实体模型的建立  28-30
    3.1.1 Solidworks 软件简介  28-29
    3.1.2 三维实体模型  29-30
  3.2 工作装置数学模型的建立  30-31
  3.3 本章小结  31-32
第4章轮式装载机工作装置多体动力学仿真  32-56
  4.1 ADAMS 中多体系统模型的建立方法  32-35
    4.1.1 几何模型的创建  32-33
    4.1.2 定义约束和运动  33
    4.1.3 冗余约束的检查及修改  33-34
    4.1.4 作用力的施加  34-35
  4.2 工作装置刚柔耦合多体系统模型的建立  35-40
    4.2.1 模型数据传输  36-37
    4.2.2 模态中性文件的生成及导入  37-39
    4.2.3 正载工况下多体系统模型  39-40
    4.2.4 偏载工况下多体系统模型  40
  4.3 工作装置外载荷的确定  40-43
    4.3.1 插入阻力  41
    4.3.2 铲取阻力  41-42
    4.3.3 ADAMS 中工作装置外载荷和驱动的施加  42-43
  4.4 多体系统动力学模型的验证  43-47
    4.4.1 卸载高度分析  43-44
    4.4.2 传动构件之间的夹角分析  44-47
  4.5 工作装置多体系统动力学分析  47-55
    4.5.1 正载工况下铰接点受力分析  47-51
    4.5.2 偏载工况下铰接点受力分析  51-55
  4.6 本章小结  55-56
第5章虚拟疲劳耐久性分析  56-65
  5.1 疲劳耐久性理论基础  56
  5.2 动臂的疲劳耐久性分析  56-62
    5.2.1 有限元模型建立  56-57
    5.2.2 输出载荷文件  57-60
    5.2.3 材料定义与设置  60-61
    5.2.4 虚拟疲劳分析  61-62
  5.3 连杆的疲劳耐久性分析  62-64
  5.4 本章小结  64-65
第6章结论与展望  65-67
  6.1 课题总结  65
  6.2 研究展望  65-67
参考文献  67-70
攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文  70-71
致谢  71-72

轮式装载机工作装置的动力学仿真及疲劳耐久性分析

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