基于斷裂力學(xué)的礦井提升機主軸斷裂研究及壽命預(yù)測.pdf

1、礦井提升機作為礦山開采運輸系統(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)著運輸物料、設(shè)備和人員的任務(wù)。然而，礦井提升機在使用過程中，時常會發(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)擴展是一個非常緩慢的過程，正是由于這個特點，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提升機主軸的可靠性和安全性進(jìn)行評判，是擺在所有技術(shù)人員面前的一個難題。
　　本課

2、題以斷裂力學(xué)理論為基礎(chǔ)，對提升機主軸的表面裂紋進(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。通過對裂紋前緣應(yīng)力應(yīng)變場的分析，運用J積分和應(yīng)力強度因子準(zhǔn)則對裂紋擴展進(jìn)行評判，得到從裂紋角度評判主軸斷裂的方法。在對裂紋模型的誤差進(jìn)行修正時，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)公式對裂紋前緣點的坐標(biāo)進(jìn)行求解。對求得的不規(guī)則裂紋前緣點，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。對主軸旋轉(zhuǎn)任意角度的應(yīng)力強度因子求解中，借鑒力學(xué)中的分解和疊加原理，通過對特殊位置的分析求解，最終疊加得到任意角度的應(yīng)力強度因子表達(dá)式。
　　本文利用MATLAB和Ansys軟件對J積分和應(yīng)力強度因子的計算結(jié)果進(jìn)行模擬仿真，驗證了裂紋分析理論應(yīng)用在提升機主軸斷裂中的可靠性。通過對仿真曲線的分析，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)力強度因子大小與裂紋形狀參數(shù)關(guān)系的