变速箱中间轴焊接结构多轴疲劳寿命分析方法

重载车辆传动系统具有大速比、大扭矩的特点,其变速箱中间轴焊接结构承受复杂工作载荷,焊缝处易发生多轴疲劳破坏。为了更准确有效地对中间轴焊接结构的疲劳寿命进行评估,基于多轴结构应力法提出一种重载车辆变速箱中间轴焊接结构疲劳寿命分析方法,即建立含有焊缝细节的中间轴焊接结构有限元模型,求解得到焊缝危险点处的结构应力分量时间历程,并在结构应力平面上合成载荷路径,求得非比例加载路径的等效应力范围,最后结合主S-N曲线确定焊接结构的疲劳寿命。采用该方法分别对中间轴焊接结构的焊根、焊趾部位进行疲劳寿命分析并与疲劳台架试验结果进行对比,结果表明:分析得到的疲劳破坏位置和寿命值与疲劳台架试验结果均有良好的一致性,且焊根与焊趾寿命分析结果间的差异与已有文献多轴疲劳试验数据相一致,说明采用多轴结构应力法对变速箱中间轴焊接结构的疲劳寿命评估是可靠的。

基于载荷谱的装载机驱动桥轮边减速器齿轮接触疲劳寿命分析

针对装载机在服役期间驱动桥轮边减速器齿轮的接触疲劳问题,对其进行了疲劳寿命评估。在Hypermesh中建立了轮边减速器太阳轮与行星轮的有限元模型,依据疲劳加载载荷谱在Ansys Workbench中对其进行静力学与瞬态动力学求解。基于静力学与瞬态动力学在Ncode环境中进行了疲劳寿命计算,将基于有限元的疲劳寿命计算结果与台架实验结果进行对比。结果表明,在各级载荷下,瞬态动力学计算出的接触应力均大于静力学的计算结果。基于瞬态动力学的疲劳寿命为47417 h,与实验结果更为接近,与两次台架实验结果的相对误差分别为9.32%和15.14%。分析结果对装载机驱动桥齿轮系统的优化与其疲劳寿命评估提供了参考和依据。

基于主S-N曲线的装载机工作装置疲劳寿命评估

针对装载机在使用过程中焊接结构的疲劳开裂问题,文中在其设计阶段进行了疲劳寿命评估。首先,建立了工作装置中连杆网格尺寸为10,5,2.5 mm的有限元模型,对其进行静力学求解并提取其焊趾节点的结构应力,结果表明,在这3种网格尺寸下结构应力大小的相对误差不超过1%,验证了主S-N曲线法对网格尺寸不敏感的特性。此外,建立额定载质量9 t的装载机工作装置在台架试验姿态下含有焊缝细节特征的三维有限元模型,采用实测得到的疲劳试验加速加载谱进行加载计算,获得焊线L1~L8的结构应力,根据各焊线所受的载荷模式及所处位置的板厚等参数计算得到了工作装置焊线L1~L8的疲劳寿命,并与采用FE-SAFE软件计算得到的8条焊线疲劳寿命进行对比,二者分析结果均在焊线L2(动臂板与动臂油缸连接处焊缝)处首先发生疲劳破坏,疲劳寿命分别为12376.3和9597.6 h;通过与采用IIW和BS 7608标准计算的寿命进行对比,分析了结果差异的原因,评估结果对改进装载机工作装置结构与焊缝优化提供了依据。

轮式装载机驱动桥疲劳试验及其疲劳可靠性评估

为了对轮式装载机驱动桥进行抗疲劳设计和疲劳可靠性评估,在获得ZL50G轮式装载机驱动桥输入轴实际工作扭矩载荷谱和转速统计的基础上,对驱动桥扭矩载荷谱进行了等效疲劳强化处理和正反转加载疲劳试验,并对驱动桥进行了极小子样疲劳可靠性评估.结果表明:驱动桥疲劳破坏主要发生在主减速器螺旋锥齿轮处,螺旋锥齿轮以弯曲疲劳破坏形式为主;轮边行星齿轮以接触疲劳破坏形式为主.在给定工作寿命的条件下,基于疲劳寿命试验结果的极小子样疲劳可靠性评估,获得了驱动桥工作时间与可靠度的关系曲线.

装载机驱动桥疲劳试验扭矩加载谱编制方法研究

为了使装载机驱动桥疲劳试验更加真实地反映装载机实际作业情况,研究了装载机驱动桥疲劳试验扭矩加载谱的编制方法。在扭矩加载谱的编制过程中,根据装载机驱动桥实际扭矩特性,提出了驱动桥疲劳试验时前传动轴正反转加载的方法,确定了前传动轴载荷谱的分级数、载荷循环阈值和疲劳试验时的转速。结果表明:依据前传动轴正反转加载的方法处理的等效效果与装载机实际作业情况相一致,很大程度地降低疲劳试验难度;疲劳试验时前传动轴转速的选择方法可使疲劳试验更加真实地模拟装载机实际作业情况;加载一个强化疲劳试验加载谱块需11.4 h,相当于装载机实际作业609.2 h,明显加快了驱动桥疲劳试验的进程。

装载机动臂载荷当量方法与载荷谱编制研究

以5 t装载机铲斗与动臂销轴的实测载荷为基础,研究了将随姿态变化载荷当量到动臂局部坐标系下的求解方法,利用Matlab软件编写了相应的数据处理程序,得到了装载机动臂在固定姿态下的载荷时间历程。通过静力学分析确定了动臂的危险位置,利用危险截面应力等效原则得到了动臂的等效外载荷,并在此基础上编制了动臂疲劳试验载荷谱。研究结果为动臂的疲劳试验及抗疲劳设计提供了参考依据。

装载机外载荷识别模型的载荷特性

轮式装载机在作业过程中工作装置所受外载荷复杂,目前研究大多基于动力学仿真和理论分析来确定外载荷,所得结果与真实情况有较大差距.以装载机铲斗为研究对象,根据力学平衡方程,推导斗尖外载荷与铲斗铰点力之间的力学关系,建立铲斗外载荷识别理论模型.基于铲斗各铰点处结构特点,设计铰点载荷采集传感器,并结合信号采集仪器,搭建基于铲斗外载荷识别理论模型的载荷测试系统.而后对工作装置进行静态加载实验,发现载荷大小的相对误差在5%以内,角度偏差在3°以内.选取大石方工况进行铲掘实验,对测得载荷进行了不同作业段下的载荷特性分析,发现铲掘段载荷的均幅值最大,均值达到了265kN;重载运输段和卸料段载荷载荷水平接近,其中重载运输段的大载荷比例和载荷频次要高于卸料段;轻载运输段载荷水平最低,其中约90%的载荷均值在50kN以下.该方法可以有效地解决装载机外载荷获取问题,所得载荷特性数据可以为装载机的结构设计和优化提供数据支撑.

CoCrFeNiTiAlx高熵合金的组织演变及其力学性能研究

采用真空电弧炉熔炼法制备了CoCrFeNiTiAl_x高熵合金(x=0、0.25、0.5、0.75、1、1.5、2,x为摩尔比)。研究了Al含量对于CoCrFeNiTiAl_x高熵合金相结构和力学性能的影响。结果表明:CoCrFeNiTi合金为FCC晶体结构。随着Al含量的增加,晶体结构开始向BCC晶体结构转变。CoCrFeNiTiAl_x合金的显微组织为树枝晶组织,枝晶区富含Co、Ni、Ti和Al元素,枝晶间富含Cr和Fe元素。CoCrFeNiTiAl_x展现出优异的室温力学性能,当x=0.5时性能最佳,枝晶区显微硬度为829HV、枝晶间显微硬度为952HV、抗压强度为2.023GPa、弹性模量为21.29GPa。

铝合金复合阳极氧化的研究现状及进展

综述了电沉积、化学沉积、浸渗法等几种复合膜制备工艺以及特点。介绍了Si C复合膜、稀土铈复合膜、PTFE复合膜的制备机理,归纳了第二相添加浓度、温度、电流密度及添加剂等不同工艺参数与膜层微观形貌、硬度、耐磨耐蚀性的相关性,并对比了不同复合阳极氧化的优化工艺参数范围。同时还介绍了其他添加材料的复合氧化膜的研究现状。

大型焊接结构疲劳寿命评估研究综述

大型焊接结构在各重大装备领域有着广泛的应用,其寿命评估对于设备安全服役至关重要。对大型焊接结构疲劳寿命评估方法进行了综述,对名义应力法、缺口应力法、热点应力法、等效结构应力法的原理、思路、优缺点及各自适用范围进行了比较、分析和总结,结果表明:名义应力法简单方便,可用于各领域的简单焊接结构分析;热点应力法在海洋船舶领域应用最为广泛;缺口应力法建模及求解过程复杂,对焊趾和焊根的疲劳分析均适用;等效结构应力法具有网格不敏感性,可以通过一条主S-N曲线将各种焊接接头的应用统一起来,具有良好的工程应用潜力。在此基础上,分门别类地介绍了轨道交通、船舶、桥梁、工程机械、车辆等领域大型焊接结构疲劳寿命评估的现状;分析了大型焊接结构疲劳寿命预测的主要难点和问题,为今后大型焊接结构的疲劳寿命评估方法的发展提供参考和思路。

基于Kano模型的高校智能会议室功能需求与设计研究

在教育信息化2.0时代背景下,针对高校智慧校园的建设要求,研究探索智能会议室的内涵与功能需求,帮助高校规划设计出符合师生心理需求的室内交流空间。本文通过实地调研和查阅文献法,确定高校智能会议室4个维度、29项功能需求内容,采用Kano模型方法对智能会议室的用户需求满意度进行分析,得出功能需求中必备型需求8项、期望型需求9项、魅力型需求10项、无差异型需求1项和反向型需求1项;再计算满意度系数SI和不满意系数DSI,并分别对同一维度下和相同功能需求类型指标进行优先级排序。在科学分析用户功能需求重要度的基础上,提出智能会议室的设计规划方案,为高校师生提供一个满意的交流空间,也为其它智能空间的设计提供理论指导和参考。

闭孔泡沫铝微弧氧化及其性能研究

泡沫铝作为一种新型功能材料,由于具有特殊的多孔结构和优异的力学性能引起了越来越多学者的关注。本工作采用微弧氧化的方法,对闭孔泡沫铝进行不同时间和电压的微弧氧化处理。采用扫描电镜观察不同电压下微弧氧化后Al2O3陶瓷膜的表面微观形貌;采用X射线衍射仪对氧化膜进行物相分析;采用电化学工作站分析微弧氧化后涂层的耐腐蚀性能;采用万能试验机对氧化后的闭孔泡沫铝进行准静态压缩实验,分析不同氧化电压和时间对其力学性能的影响。实验结果表明,微弧氧化后泡沫铝的腐蚀速度明显下降;随着氧化时间的延长,泡沫铝的力学性能也会相应提高。

泡沫铝夹芯板弯曲疲劳寿命及失效模式研究

采用三点弯曲实验对粘结法制备的泡沫铝夹芯板疲劳性能进行了实验研究,分析了不同面板厚度和芯层密度对夹芯板弯曲疲劳寿命及失效模式的影响。结果表明:泡沫铝夹芯板的平均寿命由面板厚度和芯层密度共同决定,疲劳寿命随着面板厚度及芯层密度的增加而增加;复合结构的弯曲疲劳主要失效模式为芯层剪切失效模式。研究结果可为泡沫铝夹心板的实际工程设计及应用提供参考。

基于拓扑优化的装载机工作装置结构轻量化设计

基于拓扑优化对装载机工作装置结构进行轻量化设计,建立装载机工作装置的有限元模型,在五种工况下对工作装置进行有限元分析,得到应力云图,显示动臂的应力裕量较大。通过HyperWorks软件Optistruct模块建立动臂参数化模型,以质量最轻为目标函数,以动臂两侧板各单元相对密度为设计变量,以结构强度和刚度为约束条件,进行轻量化设计。结果表明,在满足结构强度和刚度的条件下,动臂的质量减轻19.25%。对优化前后的动臂实体模型进行模态分析,确认前六阶频率和振型变化不大,动臂的动态性能稳定可靠。

Ti14Cu合金的定向凝固组织及相研究

研究了100、500、1000μm/s三种抽拉速率下Ti14Cu合金的定向凝固组织演变,通过光学显微镜和扫描电镜观察微观形貌,通过X射线衍射仪测定定向凝固组织中的相。结果表明,随着抽拉速率的提高,柱状晶组织变细且数量增多,枝晶间距减小而枝晶间隙的第二相析出物量增加。当合金成分及温度梯度一定时,二次枝晶间距与抽拉速率成反比。二次枝晶间距的Furer-Wunderlin模拟结果与试验测定的数据相吻合。

沥青道路层间抗滑移性能检测装置设计与应用

沥青道路两层之间的结合面是道路结构中的薄弱环节,结合面的抗滑移性能是衡量沥青道路施工质量的重要因素之一,直接影响沥青道路的使用寿命。为了检测道路层间结合面的抗滑移性能,确保道路施工质量,设计了一种采用蓄电池供电的沥青道路层间抗滑移性能检测装置,分析了该检测装置的工作原理,根据其工作原理设计了该检测装置的机械结构和控制系统,并通过实验对该装置的实际使用效果进行了验证。

装载机工作装置载荷识别模型与载荷测取方法

为了研究装载机铲装作业时所受外载荷大小及变化特性,根据铲斗铰点力与斗尖力关系建立工作装置外载荷识别模型。以国产LW900K装载机为试验样机,提出了三向力销轴传感器法和动臂截面弯矩法两种载荷制取方法,进行典型作业姿态下的载荷验证和铁矿粉物料下的载荷测试试验。结果表明:提出的三向力销轴传感器法和动臂截面弯矩法都能够准确获取外载荷识别所需要的铰点载荷,销轴传感器法结果精度高于动臂截面弯矩法;试验样机工作装置所受大载荷出现在物料铲掘和卸载时刻,测得卸料时的惯性冲击载荷峰值约为400kN;通过雨流计数得到外载荷合力的均值服从正态分布,幅值服从三参数威布尔分布。载荷测试和分析结果能够有效解决装载机工作装置外载荷难以获取的问题,为载荷谱编制和疲劳特性分析提供依据。

装载机连杆载荷测试与载荷谱编制方法研究

为了研究装载机连杆载荷与疲劳可靠性试验所需载荷谱特性,提出一种连杆载荷测试与载荷谱编制方法。设计连杆力测试传感器,在大石方、黏土、砂子和小石方4种物料工况下进行连杆载荷测试试验。利用峰谷抽取和小波处理实现了实测数据的压缩编辑,通过雨流计数获得了合成工况下连杆载荷均值频次和幅值频次分别服从正态分布和三参数威布尔分布的拟合数学模型,且载荷均值分布和幅值分布相互独立,编制了连杆二维载荷谱和疲劳试验程序谱,为连杆结构疲劳可靠性分析提供依据。

装载机工作装置的疲劳试验及疲劳可靠性评估

为了对装载机工作装置进行抗疲劳设计和疲劳可靠性评估,在获得ZL50G装载机工作装置固定姿态当量外载荷二维载荷谱的基础上,对载荷谱进行了等寿命加速处理,设计疲劳试验台进行加速加载疲劳试验研究,并对工作装置进行了极小子样疲劳可靠性评估。结果表明:利用加速加载谱加载35.88 h可以等效装载机连续作业495.67 h,实现了工作装置快速疲劳试验的目的;工作装置试件的实际疲劳寿命的平均值为9132.20 h,疲劳破坏起始于销轴衬套与动臂焊接处,靠近动臂板处的焊趾裂纹源是造成疲劳断裂的主要因素;基于给定工作寿命和疲劳寿命试验结果的极小子样疲劳可靠性评估,获得了工作装置寿命与可靠度为3次多项式的数学关系。

装载机工作装置随机载荷统计特性分析

装载机工作装置随机载荷的统计分析是工作装置载荷谱编制及结构疲劳分析的基础。文章实测了装载机工作装置在大石方、原生土、小石方和沙子4种物料工况下铲斗的受力载荷时间历程,采用统计方法对信号中的毛刺进行甄别与剔除,按照工况时间比例对载荷进行分段拼接,检验分段载荷的平稳性和各态历经性;利用数理统计的方法分析分段实测随机载荷的统计特性,采用峰谷抽取和雨流计数法统计载荷均值和幅值的频次,得到了均值频次和幅值频次分别服从正态分布和三参数威布尔分布的拟合分布数学模型,且载荷均值分布和幅值分布相互独立。随机载荷统计分析的方法和结果为装载机工作装置疲劳载荷谱编制以及可靠性台架试验提供了依据。