探究车架动力学全架式大功率拖拉机车架疲劳寿命预测选题

摘要:车架是拖拉机的主要承载结构,在拖拉机作业历程中,承受各种动态随机载荷,疲劳破坏是其在动态随机载荷意义下的主要破坏形式。由此进行车架疲劳寿命预测对拖拉机工作可靠性具有重要作用。使用虚拟样机技术进行拖拉机车架结构疲劳寿命预测可从大大缩短产品开发周期,降低开发成本和提升设计质量。本论文从徐州凯尔机械有限公司生产的KAT1804型大功率拖拉机为探讨对象,通过整车体系动力学仿真、有限元计算和疲劳寿命预测等多领域综合分析,实现虚拟环境中预测车架结构的疲劳寿命。首先基于三维建模软件PRO/E建立车体的三维实体模型,并使用PRO/E和ADAMS的无缝连接接口模块MECH/PRO将其导入ADAMS中,结合路面模型和轮胎模型建立整车动力学模型,仿真计算车架在运转历程中的7个随机载荷时间过程。其中基于谐波叠加法重构E级标准路面的空间不平度,编写适用于拖拉机整车仿真的路面文件,并生成路面模型;根据前后轮胎特性参数编写UA轮胎文件,结合轮胎的质量惯性参数,在ADAMS中建立轮胎模型。其次使用(?)NSYS软件建立车架有限元模型,进行准静态应力分析,获得了各工况下车架的应力影响因子,结果显示只在后桥安装板折弯处出现应力集中,证明了该车架结构满足强度和刚度要求。再次采取试验与计算机仿真相结合的办法对车架进行模态分析,求得了其低阶固有频率和振型。通过固有频率试验值和计算值的相对误差分析,验证了本论文建立的车架有限元模型的可靠性;得到的固有频率和振型证明了外部激励源不易引起车架的共振,车架动态性能对比合理。最后结合多体动力学仿真获得的随机载荷时间过程、车架的应力影响因子和特定的S-N曲线,使用MSC.FATIGUE软件基于准静态应力法的疲劳寿命分析技术预测了车架结构的疲劳寿命。疲劳寿命结果表明,该拖拉机车架结构的设计满足疲劳寿命的要求,对比危险的区域位于车架后桥安装板折弯处,其它位置几乎为无限寿命,可从根据此疲劳寿命模型对车架进行轻量化设计。总之,这篇论文对比体系地阐述了基于多体动力学和有限元法对全架式大功率拖拉机车架这种大型复杂结构展开疲劳探讨的基本思路和办法。使用这种集成的计算办法,可从在车架设计初期就较为准确地预测其疲劳寿命,为车架结构的优化设计提供论述依据。关键词:车架论文疲劳寿命论文多体动力学论文有限元办法论文
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    摘要7-9

    ABSTRACT9-11

    第一章 绪论11-17

    1.1 探讨背景及作用11-13

    1.1.1 探讨背景11-12

    1.1.2 探讨作用12-13

    1.2 国内外探讨近况13-15

    1.2.1 国外探讨近况13-14

    1.2.2 国内探讨近况14-15

    1.3 探讨目的和主要内容15-17

    第二章 疲劳分析基本论述17-25

    2.1 概述17

    2.2 名义应力法17-21

    2.2.1 S-N曲线18-20

    2.2.2 平均应力的影响极为修正20-21

    2.3 疲劳累计损伤论述21-22

    2.4 雨流计数法22-23

    2.5 结构寿命评估的应力分析23-24

    2.6 本章小结24-25

    第三章 整车多体动力学仿真25-46

    3.1 多系统统动力学概述25-29

    3.1.1 引言25

    3.1.2 ADAMS简介25-27

    3.1.2.1 ADAMS的特征及运用26

    3.1.2.2 ADAMS模块简介26-27

    3.1.3 多刚体动力学的基础论述27-29

    3.1.3.1 多刚系统统的组成27

    3.1.3.2 多刚体的坐标体系27-28

    3.1.3.3 多刚体的自由度28

    3.1.3.4 多刚体动力学方程28-29

    3.1.3.5 积分算法29

    3.2 整车多体动力学建模29-41

    3.2.1 建模参数的获取29-31

    3.2.2 车体模型31-33

    3.2.3 轮胎模型33-36

    3.2.3.1 ADAMS轮胎模型介绍33-34

    3.2.3.2 轮胎特性参数获取34-36

    3.2.3.3 轮胎模型的建立36

    3.2.4 路面模型36-39

    3.2.4.1 路面不平度功率谱37-38

    3.2.4.2 谐波叠加法重构标准路面谱38

    3.2.4.3 随机路面生成38-39

    3.2.5 整车动力学模型3参考国外项目管理论文9-41

    3.3 仿真结果及分析41-45

    3.4 本章小结45-46

    第四章 车架有限元分析46-56

    4.1 有限元办法概述46-49

    4.1.1 有限元办法的基本思想及分析步骤46-47

    4.1.1.1 有限元办法的基本思想46

    4.1.1.2 有限元法的分析步骤46-47

    4.1.2 ANSYS软件简介47-49

    4.249-50

    4.2.4 材料属性的确定49-50

    4.2.5 网格划分50

    4.3 车架准静态应力分析50-55

    4.4 本章小结55-56

    第五章 车架模态分析56-70

    5.1 概述56

    5.2 模态分析的数学模型56-57

    5.3 车架模态试验57-63

    5.3.1 车架模态试验体系57-59

    5.3.2 试验测试体系59-61

    5.3.3 试验案例61-62

    5.3.3.1 激振模式61

    5.3.3.2 测点布置61-62

    5.3.3.3 采样频率设置62

    5.3.4 试验结果62-63

    5.4 车架有限元模态分析63-66

    5.4.1 模态求解办法63-64

    5.4.2 模态求解结果64-66

    5.5 车架有限元模型的验证及结果分析66-69

    5.5.1 车架有限元模型的验证66-67

    5.5.2 计算结果分析67-69

    5.6 本章小结69-70

    第六章 车架疲劳寿命预测70-77

    6.1 引言70

    6.2 疲劳分析软件介绍70-72

    6.3 使用MSC.TATIGUE预测车架疲劳寿命72-76

    6.3.1 输入有限元模型和结果72-73

    6.3.2 输入载荷时间过程73-74

    6.3.3 输入车架结构的S-N曲线74-75

    6.3.4 车架寿命预测结果及评价75-76

    6.4 本章小结76-77

    第七章 结论与展望77-79

    7.1 结论77-78

    7.2 展望78-79

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