基于熱點(diǎn)應(yīng)力法的挖掘機(jī)動(dòng)臂焊縫的疲勞壽命分析.pdf

1、挖掘機(jī)是工程土石方作業(yè)的重要機(jī)械，其工作環(huán)境比較惡劣。動(dòng)臂作為挖掘機(jī)的主要部件，承受的各種載荷較大，極易發(fā)生失效。尤其是近年來(lái)隨著挖掘機(jī)械向著高速化、重載化發(fā)展，動(dòng)臂發(fā)生失效的風(fēng)險(xiǎn)顯著增加。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，80％以上的構(gòu)件失效都是由疲勞破壞導(dǎo)致的，因此對(duì)構(gòu)件進(jìn)行疲勞研究，有助于其安全可靠的運(yùn)行。
　　挖掘機(jī)的動(dòng)臂是由鋼板焊接而成的箱體結(jié)構(gòu)，焊接部位既是結(jié)構(gòu)幾何外形變化較大處，又是焊接的熱影響區(qū)域，受力比較復(fù)雜，是整個(gè)動(dòng)臂結(jié)構(gòu)的薄弱位

2、置。因此，對(duì)動(dòng)臂的焊縫進(jìn)行疲勞評(píng)定更具有實(shí)際意義。目前應(yīng)用較多的疲勞評(píng)定方法有：熱點(diǎn)應(yīng)力法、名義應(yīng)力法、缺口應(yīng)力法及斷裂力學(xué)法。針對(duì)動(dòng)臂的焊縫結(jié)構(gòu)，對(duì)比上述方法，本文采用熱點(diǎn)應(yīng)力法進(jìn)行疲勞評(píng)定，完成的主要工作有：
　　首先，根據(jù)挖掘機(jī)整機(jī)作業(yè)軌跡確定了四種較典型的工況，依據(jù)最不利工況選取原則，選取動(dòng)臂最大受力位置工況作為本文分析計(jì)算的典型工況。運(yùn)用解析法研究了動(dòng)臂在典型工況下的力學(xué)特性，構(gòu)建了動(dòng)臂的力學(xué)模型。
　　其次，根據(jù)

3、動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)尺寸，利用Pro/E建立了動(dòng)臂的CAD模型，在ANSYS中設(shè)置了單元類型和材料屬性，劃分網(wǎng)格構(gòu)建了動(dòng)臂的CAE模型。確定了約束及銷孔處載荷的處理方式，通過(guò)靜力加載后的云圖，選取典型工況下動(dòng)臂焊縫上的最大應(yīng)力值點(diǎn)作為疲勞分析的重點(diǎn)位置。
　　最后，推導(dǎo)得到了基于熱點(diǎn)應(yīng)力的結(jié)構(gòu)的S—N曲線，依據(jù)動(dòng)臂的實(shí)際情況選取合適的疲勞累積損傷準(zhǔn)則，對(duì)動(dòng)臂焊縫上的最大應(yīng)力值點(diǎn)進(jìn)行了疲勞評(píng)定。
　　通過(guò)以上工作，本文得到的結(jié)論主要有：

4、
　　1、對(duì)動(dòng)臂進(jìn)行典型工況下的加載，有限元靜力分析結(jié)果：動(dòng)臂的最大應(yīng)力值是326.71MPa，低于動(dòng)臂材料16Mn的屈服極限345MPa。說(shuō)明動(dòng)臂在此工況下的靜強(qiáng)度是能夠滿足要求的。
　　2、采用最小二乘法擬合熱點(diǎn)應(yīng)力集中系數(shù)，進(jìn)而由結(jié)構(gòu)的名義應(yīng)力 S—N曲線推導(dǎo)結(jié)構(gòu)的熱點(diǎn)應(yīng)力S—N曲線是可行的。
　　3、選取邁因納準(zhǔn)則作為壽命估算的計(jì)算方法，依據(jù)結(jié)構(gòu)的熱點(diǎn)應(yīng)力 S—N曲線，對(duì)應(yīng)力較大的焊接區(qū)域內(nèi)的焊縫上的最大應(yīng)力值