硕士论文答辩+中国石油大学

《硕士论文答辩+中国石油大学》由会员分享，可在线阅读，更多相关《硕士论文答辩+中国石油大学（38页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、1 专 业：机械工程 学 生：aaa 学 号：aaa 指导教师：aaa 副教授 现场导师：aaa 教授级高级工程师 2 目录（Contents） 基于多工况的车架疲劳寿命分析 3 3 4 研究背景及内容框架 3 1 压裂车车架强度分析及现场试验 底盘性能匹配分析及软件开发 3 2 结论 3 5 3 1.研究背景及内容框架 1.1 研究背景及意义 意义：因此，对压裂车底盘的性能强度要求高，国 内专用车底盘性能匹配试验周期长，各种载荷对车 架产生强度和疲劳破坏。本文就是研究解决这些问题。 背景：压裂车自重大，行驶路况、作业工况 恶劣：经常行驶于山地、丘陵、沼泽、沙漠； 工作压力可达140MPa，振

2、动剧烈，对车架的 强度破坏比较大。 课题来源：国家科技重大专项3000型成套压裂装备研制及应用示范工程 资助项目(2011ZX0504806HZ)。 4 1.2 国内外研究现状 1.研究背景及内容框架 国外有模拟整车性能的平台和经验，把匹配设计放在生产 制造的最前端，大大提高了产品的合格率、产品质量，如 通用汽车、福特汽车、康明斯公司、日产汽车、西迪亚特 等；国内专用车底盘性能匹配靠手动计算及试验，周期 长。 CAD、CAE协同分析软件已经非常成熟运用于车架强度、疲 劳、优化等分析，CAD软件如AUTOCAD、PRO/E、CATIA； CAE软件如ADAMS、Fluent、Ansys、Nast

3、ran等。 国外学者如Stefan Holmberg， Kim,H.S， Ao. Kazuo等；国内 学者如张雷，钟厉、石琴、张雷、王晖云、孙艳鹏等。 5 1.3 研究内容 1.研究背景及内容框架 6 目录（Contents） 基于多工况的车架疲劳寿命分析 3 3 4 研究背景、意义及框架 3 1 压裂车车架强度分析及现场试验 底盘性能匹配分析及软件开发 3 2 结论 3 5 7 2.底盘性能匹配分析及软件开发 2.1 主要内容 8 2.底盘性能匹配分析及软件开发 2.2 压裂车设计要求、总体布置原则及底盘选型 压裂车设计要求 1）选用定型的二类底盘进行改装； 2）主要工作是总体布置和压裂泵装

4、置设计（ 不同于其它行业重载车的一般运输任务，着重压裂作业装置设计） 3）改装后要进行强度校核； 4）应满足交通法规要求。 压裂车底盘的选型： 主要考虑： 上装重量 ； 装载面积； 越野性好，前桥可适当加载的二类底盘； 动力性能需要满足要求。 压裂车的总体布置原则： (1) 尽量避免变动底盘各总成位置； (2) 尽量满足专用工作装置性能； (3) 必须校核轴荷分配等参数； (4) 避免工作装置的布置造成集中载荷。 9 2.底盘性能匹配分析及软件开发 2.3 底盘性能匹配 动力性 匹配 轴荷分配 及附着力 通过 性能 稳定 性能 车架 性能 发动机功率轴荷分配纵向通过半径纵向稳定性车架静强度 最

5、大输出扭矩附着力横向通过半径侧倾稳定角模态分析 最大驱动力制动性越过台阶能力 最低稳定车速疲劳强度 最大车速越过凹坑能力横向稳定角 最大爬坡度最小转弯半径 底盘性能匹配计算内容 10 2.底盘性能匹配分析及软件开发 2.3 底盘性能匹配 越过凸台能力计算 最小转弯半径 11 2.底盘性能匹配分析及软件开发 2.3 底盘性能匹配 纵 向 横 向 转 弯 半 径 轴荷分配计算图 12 2.底盘性能匹配分析及软件开发 2.4 软件编程 压裂车恶劣的道路行驶、作业环境要求其具备更高的性能和强度， 压裂车厂商需要进行严格的底盘性能试验以及强度校核，却受到时间、 成本、资金的限制。 因此，编制了一款多轴特

6、车底盘性能匹配软件，可以多次输入，快 速得到结果，直到满足设计要求，加快了设计速度。 (1)需求分析 13 2.底盘性能匹配分析及软件开发 2.4 软件编程 根据系统界面设计基本要求，结合压裂车底盘性能匹配计算的工程实 践。 (2)总体设计 14 2.底盘性能匹配分析及软件开发 2.4 软件编程 压裂车底盘性能匹配主要包括：动力性、燃油经济性、制动性、稳 定性、通过性、平顺性、重心位置、轴荷分配、车架静强度分析、上装 设备连接分析和软件实例分析。 (3)功能设计 15 2.底盘性能匹配分析及软件开发 2.4 软件编程(4)实例分析 16 2.底盘性能匹配分析及软件开发 2.4 软件编程 项目输

7、入参数项目输入参数 最小（前）轮距B1990mm 一二轴距1800mm 车轮断面宽度b318mm 二三轴距5400mm 迎风面积A8.36m 三四轴距1400mm 车轮半径r553mm 一轴到中心距离5617mm 整车重量G44.17t 底盘发动机最大功率353KW 重心高度Hz地面往上1856mm 底盘发动机最大转数1900r/min 中心水平位置四轴往前2316mm底盘发动机最大扭矩2300N.m 主 要 输 入 参 数 项目输出值项目输出值 最高车速74.3一桥轴荷R16.46 最低稳定车速5.1二桥轴荷R28.33 最大爬坡度15.1三桥轴荷R314 附着率0.3四桥轴荷R415.4

8、侧倾稳定角29.5最小转弯半径8.3m 制动距离（初速80）64.4m纵向通过半径10.3m 百公里油耗82.3L/100kM横向通过半径1.2m 性 能 数 据 输 出 (4)实例分析 17 目录（Contents） 基于多工况的车架疲劳寿命分析 3 3 4 研究背景、意义及框架 3 1 压裂车车架强度分析及现场试验 底盘性能匹配分析及软件开发 3 2 结论 3 5 18 3.1 分析工况 3.压裂车车架强度分析及试验验证 分分分分 析析析析 工工工工 况况况况 弯弯 曲曲 扭扭 转转 制制 动动 压裂车满载低速行驶 突然紧急制动 压裂车通过高度400 mm障碍物 转转 弯弯突然紧急转弯 四

9、、八档四、八档 大泵作业四档和八档 19 3.2 模型的建立 3.压裂车车架强度分析及试验验证 有限元模型：主副车架接触为NO Separation， 其余简化为固定接触，悬架用弹簧模拟，前悬 架刚度426 N/mm，阻尼7 N.s/mm，后平衡悬 架刚度856 N/mm，阻尼12 N.s/mm。 永久载荷施加：车架上端设备作为永 久载荷加载（驾驶室、水箱风扇、传 动箱、大泵和发动机）。 Pro/E三维模型 20 3.3 约束及载荷施加 3.压裂车车架强度分析及试验验证 约约约约 束束束束 及及及及 载载载载 荷荷荷荷 施施施施 加加加加 弯弯 曲曲 扭扭 转转 制制 动动 18斜坡，设定载荷

10、方向 车架纵向施加19.8 m/s2的减速度 单侧前轮悬空，其余车轮触地 转转 弯弯车架横向施加7.8 m/s2的加速度 四、八档四、八档大泵施加横向220KN、120KN 统一预设约束：板簧高度方向设置自由 ，限制水平方向自由度。 21 3.4 分析结果 3.压裂车车架强度分析及试验验证 22 3.5 强度校核 3.压裂车车架强度分析及试验验证 节点号弯曲应力节点号转弯应力节点号制动应力 73410126.5573410134.67170998150.51 60467107.5760474113.72172539119.55 7241497.678482102.181307102.16 节点

11、号扭转应转应 力节节点号8档应应力节节点号4档应应力 8482235.2246406225.2246406275.54 16528219.4446451185.6546451224.27 45799190.4447571185.3747571223.78 六种工况有限元仿真典型节点应力 压裂车车架材料为16MnL，屈服强度360 MPa，车架大部分部位的应力比较小 ，一般分布在2040 MPa之间，安全系数大于8，比较安全；扭转工况下为 235 MPa，大泵作业工况下为275 MPa，安全系数小于2，但从分析后的应力图 可知，最大应力点只出现在局部少数节点，需要局部加强，并据此给厂家提供 建议

12、。 23 3.6 现场试验 3.压裂车车架强度分析及试验验证 采集系统接线现场 为了检测压裂泵车底盘车架的动态强度是否符合设计要求， 并验证有限元分析结果，对压裂车进行试验验证。 列号名称代号 1数据采集系统BEEBATE 2无线加速度节点A301 3无线应变节 点SG403 4应变 片BX120- 3AA应变 片 测试仪器 24 3.压裂车车架强度分析及试验验证 3.6 现场试验 25 3.压裂车车架强度分析及试验验证 副车架测点位置 有限元应力提取（扭转工况） 4号测点试验应力谱 贴片布置图（贴片数量共108个 ） 3.6 现场试验 26 3.压裂车车架强度分析及试验验证 路试各测点应力值

13、 单边坡 凸起路障 颠簸路 第二次路试，经历单边坡路（单侧凸起路障），4号测点出现高应力区域（扭转 ） 测点第一次路试第二次路试第三次路试第四次路试 aaaa 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3.6 现场试验 27 3.压裂车车架强度分析及试验验证 节点位置 12345678910 试验值 有限元值 误差（%） 扭转工况下试验验证数据对比 误差在20%以内，验证了有限元分析结果的可靠性。 静止工况下试验验证数据对比 节点位置12345678910 试验值 有限元值 误差（%） 3.6 现场试验 28 目录（Contents） 基于多工况的车架疲劳寿命分析 3 3 4 研究背景、意义及框架

14、 3 1 压裂车车架强度分析及现场试验 底盘性能匹配分析及软件开发 3 2 结论 3 5 4.1 研究方法及分析路线 4.基于多工况的车架疲劳寿命分析 29 4.2 基于ANSYS Fatigue Tool六种工况疲劳分析 4.基于多工况的车架疲劳寿命分析 S-N曲线 疲劳结果示例图 30 4.2 基于ANSYS Fatigue Tool六种工况疲劳分析 4.基于多工况的车架疲劳寿命分析 压裂车六种工况下疲劳次数 最小疲劳寿命：出工585次，使用9.8年。 但是，这仅仅是单工况下疲劳寿命，需找到各工况共 同危险节点，进行疲劳损伤累积分析。 31 4.3 基于Miner准则多工况疲劳损伤累积 4

15、.基于多工况的车架疲劳寿命分析 节点号工况1工况2工况3工况4工况5工况6 73410 170998 8482 46406 节点46406应力谱 最大应力节 点在六种工 况下的应力 32 节点号出任务一次的损伤值（共8小时 ） 使用寿命（出任务次数 ） 13410 170998 8482 46406 4.3 基于Miner准则多工况疲劳损伤累积 4.基于多工况的车架疲劳寿命分析 最危险节点经历六工况的疲劳损伤值及疲劳寿命 33 4.4 局部加强之后的疲劳寿命 4.基于多工况的车架疲劳寿命分析 对车架薄弱位置进行加强，压裂作业时，通过外部支撑车架尾部（ 压裂泵部位），大大减小局部应力。 车架尾部加强后节点46451谱状应力 节点号出任务一次 的损伤值（ 8小时） 出任务数使用寿命（ 年） 46406 46451 车架局部强化前后整车寿命对比 34 35 目录（Contents） 基于多工况的车架疲劳寿命分析 3 3 4 研究背景、意义及框架 3 1 压裂车车架强度分析及现场试验 底盘性能匹配分析及软件开发 3 2 结论 3 5 36 5.结论 主要结论 1、 主要结论 1、 主要结论 1、 有限元分析及试验验证 多