20MN液压支架试验台结构力学分析

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液压支架是煤矿综采工作面安全和高效的保证,作为其出厂检验和型式试验的关键设备,液压支架试验台主要对液压支架的密封性、强度、寿命及立柱安全阀的开启压力等进行检测。由于模拟的是井下高压环境,试验过程又是反覆循环加载,因此对试验台的整体结构性能和使用寿命都有较高的要求。本课题所研究的20MN液压支架试验台是在12MN液压支架试验台的设计基础上改进而米,因此很有必要对其进行结构强度校核和疲劳寿命研究。传统的强度校核方法建立的数学模型简化过多,计算结果误差比较大,样机制造试验周期长,耗费人力物力。本文借鉴国内外已经在工程实践当中获得广泛应用的有限单元法并借助计算机技术对液压支架试验台的结构力学性能和疲劳寿命进行研究分析。首先用三维软件Pro/E建立液压支架试验台的CAD模型,导入到Hypermesh和MSC.Patran软什里进行必要的前处理,得到试验台的有限元模型,然后调用MSC.Nastran分别进行线性静力计算,得到了液压支架试验台在顶梁偏载、顶梁扭转和水平加载工况下的应力云图。通过对计算结果分析和材料强度校核,可知原来设计中所用的材料在局部位置应力强度不足,需要在局部更换强度更高的材料。对液压支架试验台进行疲劳寿命分析研究是在MSC.Fatigue中用全寿命分析法进行。用Nastran对液压支架试验台有限元模型进行自由模态分析,模态结果文件作为疲劳分析的基本几何应力信息模型,模态中性文件用于MSC. Adams/Flex进行柔性分析输出模态位移时间历程。依据模态应力恢复理论,模态位移时间历程作为Fatigue疲劳分析的载荷谱,然后设定相应材料S-N曲线,计算后得到液压支架试验台整体的疲劳寿命和损伤累积信息,通过分析研究后作为液压支架试验台的前期设计必要的理论数据。本文所用的疲劳分析方法是在液压支架试验台领域的首次探索研究,具有一定的工程参考价值。
摘要第3-5页
ABSTRACT第5-6页
第一章 绪论第9-19页
    1.1 研究背景及意义第9-10页
    1.2 国内外发展概述第10-16页
        1.2.1 国外发展概述第10-12页
        1.2.2 国内发展概述第12-16页
    1.3 本文主要研究内容和技术路线第16-19页
        1.3.1 主要研究内容第16-17页
        1.3.2 本文技术路线第17-19页
第二章 20MN液压支架试验台整体结构静力分析第19-39页
    2.1 有限单元法简介第19-21页
    2.2 有限元问题第21-22页
    2.3 几何模型构建第22-24页
    2.4 液压支架试验台有限元模型第24-30页
        2.4.1 软件介绍第24-28页
        2.4.2 网格划分和连接方式第28-29页
        2.4.3 材料、边界条件和载荷工况设置第29-30页
    2.5 计算结果分析第30-37页
    本章小结第37-39页
第三章 液压支架试验台模态分析第39-49页
    3.1 液压支架试验台模态分析理论第39-41页
        3.1.1 模态分析理论第39-40页
        3.1.2 液压支架试验台模态参数计算第40-41页
    3.2 液压支架试验台有限元模态分析第41-47页
        3.2.1 模态分析参数设置第42-43页
        3.2.2 模态分析结果第43-47页
    本章小结第47-49页
第四章 液压支架试验台疲劳寿命分析第49-73页
    4.1 疲劳概述第49-52页
        4.1.1 疲劳和疲劳寿命第49-50页
        4.1.2 疲劳分类及强度影响因素第50-52页
    4.2 疲劳寿命分析理论第52-60页
        4.2.1 疲劳寿命分析方法第53-55页
        4.2.2 金属材料的疲劳性能第55-58页
        4.2.3 疲劳载荷谱第58-59页
        4.2.4 疲劳损伤累积法则第59-60页
    4.3 液压支架试验台疲劳寿命计算第60-72页
        4.3.1 MSC.Fatigue疲劳分析软件简介第61-62页
        4.3.2 Adams/Flex仿真第62-67页
        4.3.3 S-N曲线选取第67-68页
        4.3.4 结果分析第68-72页
    本章小结第72-73页
第五章 总结和展望第73-75页
    5.1 本文总结第73-74页
    5.2 工作展望第74-75页
参考文献第75-79页
致谢第79-80页
攻读硕士学位期间发表的论文第80页
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