基于熱點應(yīng)力法的挖掘機動臂焊縫的疲勞壽命分析.pdf

1、挖掘機是工程土石方作業(yè)的重要機械，其工作環(huán)境比較惡劣。動臂作為挖掘機的主要部件，承受的各種載荷較大，極易發(fā)生失效。尤其是近年來隨著挖掘機械向著高速化、重載化發(fā)展，動臂發(fā)生失效的風險顯著增加。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，80％以上的構(gòu)件失效都是由疲勞破壞導致的，因此對構(gòu)件進行疲勞研究，有助于其安全可靠的運行。
　　挖掘機的動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，受力比較復雜，是整個動臂結(jié)構(gòu)的薄弱位

2、置。因此，對動臂的焊縫進行疲勞評定更具有實際意義。目前應(yīng)用較多的疲勞評定方法有：熱點應(yīng)力法、名義應(yīng)力法、缺口應(yīng)力法及斷裂力學法。針對動臂的焊縫結(jié)構(gòu)，對比上述方法，本文采用熱點應(yīng)力法進行疲勞評定，完成的主要工作有：
　　首先，根據(jù)挖掘機整機作業(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，選取動臂最大受力位置工況作為本文分析計算的典型工況。運用解析法研究了動臂在典型工況下的力學特性，構(gòu)建了動臂的力學模型。
　　其次，根據(jù)

3、動臂的結(jié)構(gòu)尺寸，利用Pro/E建立了動臂的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)建了動臂的CAE模型。確定了約束及銷孔處載荷的處理方式，通過靜力加載后的云圖，選取典型工況下動臂焊縫上的最大應(yīng)力值點作為疲勞分析的重點位置。
　　最后，推導得到了基于熱點應(yīng)力的結(jié)構(gòu)的S—N曲線，依據(jù)動臂的實際情況選取合適的疲勞累積損傷準則，對動臂焊縫上的最大應(yīng)力值點進行了疲勞評定。
　　通過以上工作，本文得到的結(jié)論主要有：

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