矿用防爆无轨胶轮车车架的有限元分析及优化

摘要

随着中国现代化煤矿业的发展，无轨辅助运输倍受关注，其系统简单、灵活，效率高，对井下工作环境的适应性强，从而彻底改变了传统运输落后的状况。而矿用防爆无轨胶轮车的车架是无轨胶轮车底盘系统中的重要结构，矿用防爆无轨胶轮车在行驶过程中，胶轮车的车架不单单要抵抗来自道路不平引起的连续载荷的冲击，更要受到自身的动力总成产生的影响。因此，在对胶轮车车架的设计中，避开低阶模态频率及达到车架的轻量化对矿用防爆无轨胶轮车的整体优化起到积极的作用。
　　本文研究的矿用防爆无轨胶轮车主要以运输材料为主，在重载的情况下长期行驶于路面不平度较高的碎石路面及其他恶劣的路况。本文对这一矿用防爆胶轮车车架进行了有限元分析研究，其研究的主要内容如下:
　　首先，建立车架的有限元模型，对矿用防爆无轨胶轮车的车架进行弯扭工况和弯曲工况的静态力学分析，得到矿用防爆无轨胶轮车车架的应力分布，看是否满足材料的强度要求。
　　其次，在对车架进行模态分析，其中包括自由模态和约束模态的分析，可以得出该车架的固有模态频率和振型。通过将该车架受到的路面激励和发动机激励频率与车架固有频率进行对比分析，验证该车架的振动性能以及是否发生共振。
　　最后，运用OptiStruct来对车架做优化处理，优化设计变量及约束条件要在优化处理前确定，进而进行低阶模态频率的提高和车架的轻量化的深入研究。确保在合适的车架强度、刚度及车架低阶模态频率的前提下，实现车架质量的轻量化。
　　本文对矿用防爆无轨胶轮车车架做了较为系统的有限元分析及优化的研究，分析结果对相关车型的研究及车架设计具有一定的参考价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 论文研究的背景和意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 论文的课题来源

1．1．3 论文研究的目的与意义

1．2 国内外研究状况

1．2．1 矿用防爆胶轮车国外研究现状

1．2．2 矿用防爆胶轮车国内研究现状

1．3 论文的主要研究内容

第二章 防爆胶轮车车架有限元模型的建立

2．1 有限元方法的基本思想及弹性力学理论

2．1．1 有限元方法的基本思想

2．1．2 弹性力学基础理论

2．2 静力学及动力学理论

2．2．1 静力学基础理论

2．2．2 动力学基础理论

2．3 UG软件及HYPERMESH软件简介

2．3．1 UG软件简介

2．3．2 HyperMesh软件简介

2．4 防爆胶轮车车架模型建立

2．4．1 车架结构性能参数及材料属性

2．4．2 单元类型的选择、悬架的模拟及连接的模拟

2．4．3 车架三维模型的建立

2．4．4 车架有限元模型的建立

2．5 本章小结

第三章 车架稳态力学分析

3．1 车架静态分析

3．1．1 弯曲工况

3．1．2 扭转工况

3．2 本章小结

第四章 车架的模态分析

4．1 防爆无轨胶轮车车架模态分析

4．1．1 车架模态分析理论及方法

4．1．2 车架有限元自由模态分析

4．1．3 车架有限元约束模态分析

4．1．4 模态结果的分析与评价

4．2 本章小结

第五章 无轨胶轮车车架优化设计

5．1 优化设计基础理论

5．1．1 优化设计基础

5．1．2 优化设计数学理论

5．2 车架的OPTISTRUCT分析

5．2．1 OptiStruct分析中结构和应力优化的大概步骤

5．2．2 尺寸优化

5．2．3 车架优化结果及分析

5．3 防爆胶轮车车架优化后结果验证

5．3．1 车架优化后的静态分析

5．3．2 车架优化后的动态分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文与项目支持