基于斷裂力學(xué)的礦井提升機(jī)主軸斷裂研究及壽命預(yù)測(cè).pdf

1、礦井提升機(jī)作為礦山開采運(yùn)輸系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，被廣泛的應(yīng)用于現(xiàn)代化礦山開采中，承擔(dān)著運(yùn)輸物料、設(shè)備和人員的任務(wù)。然而，礦井提升機(jī)在使用過程中，時(shí)常會(huì)發(fā)生主軸斷裂事故，直接導(dǎo)致停產(chǎn)和人員傷亡等嚴(yán)重安全事故。主軸的斷裂都是從裂紋開始的，但是裂紋從產(chǎn)生到失穩(wěn)擴(kuò)展是一個(gè)非常緩慢的過程，正是由于這個(gè)特點(diǎn)，技術(shù)人員不容易發(fā)現(xiàn)和重視。如何根據(jù)裂紋的形狀大小和深度尺寸對(duì)提升機(jī)主軸的可靠性和安全性進(jìn)行評(píng)判，是擺在所有技術(shù)人員面前的一個(gè)難題。
　　本課

2、題以斷裂力學(xué)理論為基礎(chǔ)，對(duì)提升機(jī)主軸的表面裂紋進(jìn)行分析。在總結(jié)傳統(tǒng)分析方法的缺陷后，借鑒二維平板模型，建立了三維裂紋模型。本論文中，提出了許多新的分析方法。通過對(duì)裂紋前緣應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)的分析，運(yùn)用J積分和應(yīng)力強(qiáng)度因子準(zhǔn)則對(duì)裂紋擴(kuò)展進(jìn)行評(píng)判，得到從裂紋角度評(píng)判主軸斷裂的方法。在對(duì)裂紋模型的誤差進(jìn)行修正時(shí)，建立了裂紋前緣橢圓形曲線的直角坐標(biāo)系，應(yīng)用數(shù)學(xué)公式對(duì)裂紋前緣點(diǎn)的坐標(biāo)進(jìn)行求解。對(duì)求得的不規(guī)則裂紋前緣點(diǎn)，通過坐標(biāo)變換，將曲線問題轉(zhuǎn)化為易于求

3、解的直線問題進(jìn)行分析。對(duì)主軸旋轉(zhuǎn)任意角度的應(yīng)力強(qiáng)度因子求解中，借鑒力學(xué)中的分解和疊加原理，通過對(duì)特殊位置的分析求解，最終疊加得到任意角度的應(yīng)力強(qiáng)度因子表達(dá)式。
　　本文利用MATLAB和Ansys軟件對(duì)J積分和應(yīng)力強(qiáng)度因子的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行模擬仿真，驗(yàn)證了裂紋分析理論應(yīng)用在提升機(jī)主軸斷裂中的可靠性。通過對(duì)仿真曲線的分析，總結(jié)出裂紋形狀和深度與裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的關(guān)系，為主軸可靠性的判定提供了一種新方法。在應(yīng)力強(qiáng)度因子大小與裂紋形狀參數(shù)關(guān)系的