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履带车辆重要零部件失效分析与寿命预测

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第1章绪论

1.1选题背景及其意义

1.2研究对象及工作原理

1.2.1主离合器分离环

1.2.2弹性悬挂元件—扭力轴

1.3失效分析和寿命预测的国内外研究现状

1.3.1失效的定义及机械产品失效的后果

1.3.2磨损,断裂失效分析及疲劳寿命预测的发展及研究现状

1.3.3有限寿命与无限寿命的概念

1.3.4疲劳寿命预测的方法及其流程

1.3.5扭力轴的使用、发展及其技术现状

1.3.6分离环失效机理的研究现状

1.4研究的主要内容

第2章分离环的失效分析

2.1分离环的磨损现象概述

2.2分离环的服役环境及载荷工况分析

2.2.1分离环的服役环境

2.2.2分离环的载荷工况分析

2.3分离环的试验结果及分析

2.3.1磨损量的测定

2.3.2磨损形貌的扫描电镜分析

2.3.3磨损试样的金相组织检验

2.3.4磨损试样的显微硬度分析

2.4本章小结

第3章扭力轴的应力分析及疲劳寿命预测

3.1扭力轴的静载强度分析

3.1.1扭力轴的结构尺寸及载荷分析

3.1.2扭力轴材料的力学性能

3.1.3扭力轴有限元分析的模型及边界、载荷条件

3.1.4扭力轴体内应力分布的有限元计算结果分析

3.2扭力轴的疲劳寿命预测

3.2.1扭力轴的疲劳寿命预测方法及步骤

3.2.2扭力轴材料的疲劳特性

3.2.3载荷谱的处理

3.2.4某载荷谱作用下扭力轴的疲劳寿命计算

3.3验证算例

3.3.1验证算例一

3.3.2验证算例二

3.4履带车辆大修理时,扭力轴剩余寿命的评估计算方法

3.5本章小结

第4章强扭处理对扭力轴承载能力和疲劳寿命的影响

4.1扭力轴的强扭处理工艺

4.2强扭处理的基本理论基础

4.3强扭处理对扭力轴承载能力的影响

4.4强扭处理对扭力轴疲劳寿命的影响

4.5本章小结

第5章扭力轴预扭临界角度的理论分析及数值模拟

5.1预扭应变角的理论推导

5.2预扭临界角的有限元数值模拟

5.2.1模型简化及边界、载荷条件

5.2.2数值模拟结果分析

5.3本章小结

第6章表面缺陷对扭力轴疲劳寿命的影响

6.1扭力轴工作过程中轴体表面缺陷处应力分布的有限元计算

6.1.1材料性能、网格划分及边界条件

6.1.2有限元计算结果

6.1.3应力分析结果讨论

6.2含缺陷扭力轴在随机载荷谱作用下的寿命计算

6.2.1载荷谱数据的还原与变换

6.2.2扭力轴材料45CrNiMoVA钢的疲劳数据的处理

6.3含缺陷扭力轴的疲劳寿命计算

6.4含缺陷扭力轴的疲劳寿命计算结果分析

6.5本章小结

结论

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文

致谢

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摘要

本文以履带车辆重要零部件中的易损件一主离合器分离环和扭力轴作为对象,使用有限元应力分析方法模拟了扭力轴的预扭过程、预扭后的应力释放过程、及履带车辆行驶时扭力轴的随机扭转过程,得出了三种状态下扭力轴内的应力分布情况,这对于确定扭力轴的薄弱部位、分析其断裂失效机理具有重要的意义,同时这对于使用计算机进行轴体内疲劳寿命分布计算也是必不可少的一环。在对扭力轴进行了有限元应力分析的基础上,结合计算机辅助随机谱疲劳寿命计算的方法预测了某扭力轴在某一随机载荷谱作用下的疲劳寿命,相对于在专用扭转试验机上进行大量的实物实验来确定扭力轴随机疲劳寿命的方法,此法具有重大的经济意义。在此基础上,本文给出了一个估算扭力轴剩余寿命的方法、过程。通过数值模拟扭力轴预扭处理过程,找到了扭力轴预扭处理的临界应变角,并同用各中理论假设得出的解析计算值进行了对比,给出了确定扭力轴最佳预扭角度的新方法,这对于通过预扭处理最大限度地发挥扭力轴材料的承载潜力具有重要意义。最后则通过大量的分析计算,研究了扭力轴表面缺陷的形状尺寸对其疲劳寿命的影响。对于离合器分离环则使用了扫描电镜分析、金相分析、显微硬度分析等方法,研究了其在服役工况下的失效机理并给出了延长其使用寿命的建议。 表面非均匀磨损是分离环常见的失效形式。本文首先利用三维激光测量仪对分离弹子槽的表面非均匀磨损进行了定量测量;然后采用显微分析的手段,结合该分离环的服役工况分析,对分离环工作面的失效机理进行了分析研究。结果表明:分离环弹子槽表面失效的主要原因是冲击式磨粒磨损。在此基础上,本文提出了提高分离环使用寿命的建议措施。 扭力轴是车辆悬挂装置中的主要零件。一般要经过预扭处理,疲劳破坏是其主要失效形式。本文通过数值分析方法,模拟了扭力轴的预扭过程、预扭后的应力释放过程、及其随机扭转过程,探究了预扭工艺提高扭力轴承载能力的机理,并提出了确定最佳预扭应变角的方法。 为进行扭力轴疲劳寿命的预测,本文还论述了对疲劳实验数据进行处理以得到材料S-N曲线的方法;论述了将载荷谱统计数据还原为原始载荷谱的方法。在扭力轴应力分析计算的基础上,结合扭力轴材料45CrNiMoVA的。S-N曲线,使用Fatigue软件,预测了扭力轴在某随机扭转谱载荷,自重静载荷,残余应力三重作用下的疲劳寿命。最后,本文还研究了扭力轴表面缺陷对扭力轴疲劳寿命的影响。

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