基于流固耦合理論的混凝土泵車動力響應與疲勞強度研究.pdf

1、混凝土泵車的臂架姿態(tài)復雜多變使泵車工況復雜，結構設計的輕量化要求以及機動靈活的使用要求使泵車結構復雜。泵車泵送工作中，車體振動導致臂架振動較大，且臂架動應力分布隨臂架姿態(tài)的調節(jié)而變化?；谝陨显颍瑢炷帘密嚨慕Y構強度研究，尤其是臂架部分的動力學研究，有很好的應用價值。 本文采用流固耦合理論和有限單元理論，對泵車關鍵結構--臂架進行動力學仿真分析，并結合現場動態(tài)測試試驗和臂架母材焊接接頭疲勞試驗，展開臂架結構疲勞強度的研究。

2、 (1)針對混凝土泵車的工作原理和結構特點，結合現有輸液管流固耦合理論的研究成果，提出基礎有平動位移的懸臂輸液管理論模型，并通過多體運動學理論和Hamilton變分原理，建立該模型的運動微分方程?？紤]泵車臂架系統的多節(jié)臂和變截面的特點，采用有限單元理論建立臂架系統的流固耦合運動微分方程。 (2)通過分析確定了臂架水平旋轉至垂直于不同側的前支腿和后支腿支撐點連線時為混凝土泵車的不利工況，并以此作為測試工況進行現場試驗。根據全

3、車有限元靜強度分析和模態(tài)分析結果，選取其中應力較大的部位和動態(tài)薄弱部位作為測點位置，測試應力/應變歷程。 通過前支腿支撐油缸活塞桿應變歷程測試數據，分析計算出轉臺垂向振動振幅響應、速度響應和加速度響應，作為臂架振動仿真分析的外部激擾，為仿真分析提供計算邊界條件。 在：MTS(Mechanical Testing& Simulation)疲勞試驗機上對泵車母材焊接接頭試樣進行應力比r=0.2的拉伸試驗，獲得不同應力水平時，

4、焊接接頭的循環(huán)次數，從而得到焊接試樣疲勞極限σ0.2=205MPa，并繪制Goodman疲勞極限線圖用于疲勞強度評估。 (3)選取混凝土流速U=2.265m/s和U=0m/s對比仿真分析，發(fā)現臂架振動響應均值相同，但穩(wěn)態(tài)時兩者振動幅值比值AU=0/AU=2.265最大接近2，而改變Raylceigh阻尼系數則對臂架振動響應影響不大，說明混凝土的流動增加臂架振動阻尼效應顯著。 結合Matlab仿真分析與Ansys臂架三維有

5、限元模型，對比測點應力測試結果與仿真計算結果，兩者應力歷程變化趨勢相似，用Goodman疲勞極限線圖評估，發(fā)現兩者應力均值和應力幅值較接近，驗證了仿真模型的合理性。對比臂架動荷系數法和流固耦合動態(tài)仿真計算結果，總體應力分布規(guī)律基本相同，但最大應力值有一定差異，且發(fā)生位置也不盡相同，說明考慮流固耦合的動力學仿真與實際情況更加接近，其仿真結果更能真實反映應力發(fā)生位置和應力值。 (4)建立含傾角參數α的臂架流固耦合動力學方程，計算α=

6、0°、20°、52°和80°時，臂架結構動應力歷程，分析發(fā)現在臂架連接端焊縫位置易出現大應力集中現象，且隨著臂架姿態(tài)的調整，應力值和發(fā)生位置均有改變。將各姿態(tài)下各節(jié)臂架的大應力點繪制于Goodman疲勞極限線圖內，發(fā)現該泵車臂架在局部加筋位置疲勞強度不足，大應力發(fā)生位置較多位于箱梁內部，無法檢測和維修，因此在設計階段應對大應力點進行結構改進。 (5)對疲勞強度不足的結構位置進行加強，并對加強后結構重新進行疲勞強度評估，分析結果說