基于热点应力法的挖掘机动臂焊缝的疲劳寿命分析

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1、UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA硕士学位论文MASTERTHESIS论文题目基于热点应力法的挖掘机动臂焊缝的疲劳寿命分析学科专业机械电子工程学号201221080204作者姓名______________李俊指导教师曾志副教授独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论

2、文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期年/月2日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学位论文在解密后应遵守此规定）曰期年^月Z曰分类号密级注1UDC学位论文基于热点应力法的挖掘机动臂焊缝的疲劳寿命分析（题名和副题名）李俊（作者姓名）指导教师曾志副教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别硕士学科专业机械电子工程

3、提交论文日期2015.04论文答辩日期2015.05学位授予单位和日期电子科技大学2015年06月答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。THEWELDEDJOINTSFATIGUELIFEANALYSISOFEXCAVATORBOOMBASEDONTHEHOTSPOTSTRESSMETHODAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:MechatronicEngineeringAuthor:JunLiAdvisor:ZhiZengSchool

4、:SchoolofMechatronicsEngineeringofUESTC摘要挖掘机是工程土石方作业的重要机械，其工作环境比较恶劣。动臂作为挖掘机的主要部件，承受的各种载荷较大，极易发生失效。尤其是近年来随着挖掘机械向着高速化、重载化发展，动臂发生失效的风险显著增加。统计数据表明，80％以上的构件失效都是由疲劳破坏导致的，因此对构件进行疲劳研究，有助于其安全可靠的运行。挖掘机的动臂是由钢板焊接而成的箱体结构，焊接部位既是结构几何外形变化较大处，又是焊接的热影响区域，受力比较复杂，是整个动臂结构的薄弱位置。因此，对动臂的焊缝进行疲劳评定更具有实际意义。目前应用较多的疲劳评定方

5、法有：热点应力法、名义应力法、缺口应力法及断裂力学法。针对动臂的焊缝结构，对比上述方法，本文采用热点应力法进行疲劳评定，完成的主要工作有：首先，根据挖掘机整机作业轨迹确定了四种较典型的工况，依据最不利工况选取原则，选取动臂最大受力位置工况作为本文分析计算的典型工况。运用解析法研究了动臂在典型工况下的力学特性，构建了动臂的力学模型。其次，根据动臂的结构尺寸，利用Pro/E建立了动臂的CAD模型，在ANSYS中设置了单元类型和材料属性，划分网格构建了动臂的CAE模型。确定了约束及销孔处载荷的处理方式，通过静力加载后的云图，选取典型工况下动臂焊缝上的最大应力值点作为疲劳分析的重点位置

6、。最后，推导得到了基于热点应力的结构的S—N曲线，依据动臂的实际情况选取合适的疲劳累积损伤准则，对动臂焊缝上的最大应力值点进行了疲劳评定。通过以上工作，本文得到的结论主要有：1、对动臂进行典型工况下的加载，有限元静力分析结果：动臂的最大应力值是326.71MPa，低于动臂材料16Mn的屈服极限345MPa。说明动臂在此工况下的静强度是能够满足要求的。2、采用最小二乘法拟合热点应力集中系数，进而由结构的名义应力S—N曲线推导结构的热点应力S—N曲线是可行的。3、选取迈因纳准则作为寿命估算的计算方法，依据结构的热点应力S—N曲线，对应力较大的焊接区域内的焊缝上的最大应力值点进行疲劳

7、寿命估算，预测结果合理，可接受。关键词：挖掘机动臂，焊缝，有限元分析，热点应力法，疲劳寿命IABSTRACTExcavatorisamajormechanicalintheearthmovingoperations,itsworkingenvironmentisharsh.Asthemaincomponentsoftheexcavator,boomisunderbigandvariousloadsandeasytooccurfailure.Especiallyinrecentyears,wi