【摘 要】
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挖掘机工作装置是作业过程中各种复杂载荷工况的直接承载者,其疲劳强度直接关系着挖掘机整机的使用寿命和性能。工作装置主体为焊接结构,在实际作业中极易在结构性焊缝出现裂纹或断裂,成为整机疲劳强度的薄弱环节。因此,开展液压挖掘机工作装置疲劳寿命评估可为液压挖掘机产品的抗疲劳设计提供理论依据,对于提高液压挖掘机产品的耐久性和可靠性具有重要意义。本文分别建立了基于缺口应力法、热点应力法和等效结构应力法的挖掘机
【基金项目】
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陕西省自然科学基金项目“多工况真实载荷驱动下挖掘机工作装置再制造剩余疲劳寿命预测研究（项目编号2018JM5108）”；
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挖掘机工作装置是作业过程中各种复杂载荷工况的直接承载者,其疲劳强度直接关系着挖掘机整机的使用寿命和性能。工作装置主体为焊接结构,在实际作业中极易在结构性焊缝出现裂纹或断裂,成为整机疲劳强度的薄弱环节。因此,开展液压挖掘机工作装置疲劳寿命评估可为液压挖掘机产品的抗疲劳设计提供理论依据,对于提高液压挖掘机产品的耐久性和可靠性具有重要意义。本文分别建立了基于缺口应力法、热点应力法和等效结构应力法的挖掘机工作装置疲劳寿命评估模型,并采用其进行工作装置疲劳寿命评估,通过与台架疲劳试验的结果对比说明本文方法的正确性和有效性。具体工作如下:（1）在Solidworks中建立了挖掘机工作装置各部件的三维模型,并采用Hypermesh建立了与台架疲劳试验姿态相一致的挖掘机工作装置有限元模型,然后在ANSYS中进行有限元仿真计算得到工作装置整体应力云图,为工作装置疲劳寿命分析提供依据。（2）研究了基于缺口应力法的挖掘机工作装置疲劳寿命评估方法,根据IIW标准建立了焊接结构虚拟缺口模型,得到了疲劳破坏点的缺口应力幅值谱,建立了基于IIW标准的缺口应力法工作装置疲劳寿命评估模型。（3）研究了基于热点应力法的挖掘机工作装置疲劳寿命评估方法,确定了工作装置疲劳评估位置的热点应力外推点,根据热点处载荷-应力转换系数获得了疲劳评估点的热点应力幅值谱,建立了基于IIW标准的热点应力法工作装置疲劳寿命评估模型。（4）研究了基于等效结构应力法的挖掘机工作装置疲劳寿命评估方法,确定出六条疲劳评估焊缝,计算出各焊线节点的结构应力,采用等效结构应力法和线性疲劳累积理论完成工作装置评估焊缝的疲劳寿命计算,建立了基于等效结构应力法的工作装置疲劳寿命评估模型。（5）编制了挖掘机工作装置疲劳寿命预测软件,该软件包含缺口应力法、热点应力法和等效结构应力法三个模块,通过实例验证了软件的疲劳寿命预测功能。三种评估方法得到的工作装置疲劳危险位置均为斗杆油缸支撑板焊缝前端,其中缺口应力法得到的工作装置疲劳寿命为6672小时;热点应力法得到的工作装置疲劳寿命为7556小时;等效结构应力法得到的工作装置疲劳寿命为8929小时;与台架疲劳试验结果的对比表明本文所建立的三种方法均能对挖掘机工作装置的疲劳寿命进行较好地预测;其中,等效结构应力法具有对网格不敏感的优点,且只需采用一条主曲线,避免了选取曲线的主观性,因此,本文推荐采用等效结构应力法对挖掘机工作装置进行疲劳寿命预测。
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