碩士論文答辯ppt+中國(guó)石油大學(xué)

1、1專 業(yè)：機(jī)械工程學(xué) 生：aaa學(xué) 號(hào)：aaa指導(dǎo)教師：aaa 副教授現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)師：aaa 教授級(jí)高級(jí)工程師2目錄（目錄（ContentsContents）基于多工況的車架疲勞壽命分析基于多工況的車架疲勞壽命分析33 4研究研究背景及內(nèi)容框架背景及內(nèi)容框架3 1壓裂車車架強(qiáng)度分析壓裂車車架強(qiáng)度分析及及現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)試驗(yàn)底盤性能匹配分析及軟件開發(fā)底盤性能匹配分析及軟件開發(fā)3 2結(jié)論結(jié)論3 53 1.1.研究背景及內(nèi)容框架研究背景及內(nèi)容框架1.1 研究背景及意義意義：因此，對(duì)壓裂車底盤的性能強(qiáng)度要求高，國(guó)內(nèi)專用車底盤性能匹配試驗(yàn)周期長(zhǎng)，各種載荷對(duì)車架產(chǎn)生強(qiáng)度和疲勞破壞。本文就是研究解決這些問題。背景：壓

2、裂車自重大，行駛路況、作業(yè)工況惡劣：經(jīng)常行駛于山地、丘陵、沼澤、沙漠；工作壓力可達(dá)140MPa，振動(dòng)劇烈，對(duì)車架的強(qiáng)度破壞比較大。課題來源：國(guó)家科技重大專項(xiàng)3000型成套壓裂裝備研制及應(yīng)用示范工程資助項(xiàng)目(2011ZX0504806HZ)。41.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.1.研究背景及內(nèi)容框架研究背景及內(nèi)容框架國(guó)外有模擬整車性能的平臺(tái)和經(jīng)驗(yàn)，把匹配設(shè)計(jì)放在生產(chǎn)制造的最前端，大大提高了產(chǎn)品的合格率、產(chǎn)品質(zhì)量，如通用汽車、福特汽車、康明斯公司、日產(chǎn)汽車、西迪亞特等；國(guó)內(nèi)專用車底盤性能匹配靠手動(dòng)計(jì)算及試驗(yàn)，周期長(zhǎng)。CAD、CAE協(xié)同分析軟件已經(jīng)非常成熟運(yùn)用于車架強(qiáng)度、疲勞、優(yōu)化等分析，CAD軟件如AU

3、TOCAD、PRO/E、CATIA；CAE軟件如ADAMS、Fluent、Ansys、Nastran等。國(guó)外學(xué)者如Stefan Holmberg， Kim,H.S， Ao. Kazuo等；國(guó)內(nèi)學(xué)者如張雷，鐘厲、石琴、張雷、王暉云、孫艷鵬等。51.3 研究?jī)?nèi)容 1.1.研究背景及內(nèi)容框架研究背景及內(nèi)容框架6目錄（目錄（ContentsContents）基于多工況的車架疲勞壽命分析基于多工況的車架疲勞壽命分析33 4研究背景、意義及框架研究背景、意義及框架3 1壓裂車車架強(qiáng)度分析壓裂車車架強(qiáng)度分析及及現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)試驗(yàn)底盤性能匹配分析及軟件開發(fā)底盤性能匹配分析及軟件開發(fā)3 2結(jié)論結(jié)論3 57 2.底

4、盤底盤性能匹配分析及軟件開發(fā)性能匹配分析及軟件開發(fā)2.1 主要內(nèi)容8 2.底盤底盤性能匹配分析及軟件開發(fā)性能匹配分析及軟件開發(fā)2.2 壓裂車設(shè)計(jì)要求、總體布置原則及底盤選型壓裂車設(shè)計(jì)要求1）選用定型的二類底盤進(jìn)行改裝； 2）主要工作是總體布置和壓裂泵裝置設(shè)計(jì)（不同于其它行業(yè)重載車的一般運(yùn)輸任務(wù)，著重壓裂作業(yè)裝置設(shè)計(jì)） 3）改裝后要進(jìn)行強(qiáng)度校核； 4）應(yīng)滿足交通法規(guī)要求。壓裂車底盤的選型：主要考慮： 上裝重量 ； 裝載面積； 越野性好，前橋可適當(dāng)加載的二類底盤； 動(dòng)力性能需要滿足要求。壓裂車的總體布置原則： (1) 盡量避免變動(dòng)底盤各總成位置； (2) 盡量滿足專用工作裝置性能；(3) 必須校核

5、軸荷分配等參數(shù)； (4) 避免工作裝置的布置造成集中載荷。9 2.底盤底盤性能匹配分析及軟件開發(fā)性能匹配分析及軟件開發(fā)2.3 底盤性能匹配動(dòng)力性動(dòng)力性匹配匹配軸荷分配軸荷分配及附著力及附著力通過通過性能性能穩(wěn)定穩(wěn)定性性能能車架車架性能性能發(fā)動(dòng)機(jī)功率軸荷分配縱向通過半徑縱向穩(wěn)定性車架靜強(qiáng)度最大輸出扭矩附著力橫向通過半徑側(cè)傾穩(wěn)定角模態(tài)分析最大驅(qū)動(dòng)力制動(dòng)性越過臺(tái)階能力 最低穩(wěn)定車速疲勞強(qiáng)度最大車速越過凹坑能力橫向穩(wěn)定角最大爬坡度最小轉(zhuǎn)彎半徑底盤性能匹配計(jì)算內(nèi)容10 2.底盤底盤性能匹配分析及軟件開發(fā)性能匹配分析及軟件開發(fā)2.3 底盤性能匹配越過凸臺(tái)能力計(jì)算最小轉(zhuǎn)彎半徑11 2.底盤底盤性能匹配分析及

6、軟件開發(fā)性能匹配分析及軟件開發(fā)2.3 底盤性能匹配112211222222332233442244444444444zzZZBARFLGABABALBALRFLGABABALBALRFLGABABALBALRFLGABAB縱向橫向轉(zhuǎn)彎半徑軸荷分配計(jì)算圖12 2.底盤底盤性能匹配分析及軟件開發(fā)性能匹配分析及軟件開發(fā)2.4 軟件編程 壓裂車惡劣的道路行駛、作業(yè)環(huán)境要求其具備更高的性能和強(qiáng)度，壓裂車廠商需要進(jìn)行嚴(yán)格的底盤性能試驗(yàn)以及強(qiáng)度校核，卻受到時(shí)間、成本、資金的限制。 因此，編制了一款多軸特車底盤性能匹配軟件，可以多次輸入，快速得到結(jié)果，直到滿足設(shè)計(jì)要求，加快了設(shè)計(jì)速度。(1)需求分析13 2.

7、底盤底盤性能匹配分析及軟件開發(fā)性能匹配分析及軟件開發(fā)2.4 軟件編程 根據(jù)系統(tǒng)界面設(shè)計(jì)基本要求，結(jié)合壓裂車底盤性能匹配計(jì)算的工程實(shí)踐。(2)總體設(shè)計(jì)14 2.底盤底盤性能匹配分析及軟件開發(fā)性能匹配分析及軟件開發(fā)2.4 軟件編程 壓裂車底盤性能匹配主要包括：動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、制動(dòng)性、穩(wěn)定性、通過性、平順性、重心位置、軸荷分配、車架靜強(qiáng)度分析、上裝設(shè)備連接分析和軟件實(shí)例分析。(3)功能設(shè)計(jì)15 2.底盤底盤性能匹配分析及軟件開發(fā)性能匹配分析及軟件開發(fā)2.4 軟件編程(4)實(shí)例分析16 2.底盤底盤性能匹配分析及軟件開發(fā)性能匹配分析及軟件開發(fā)2.4 軟件編程項(xiàng)目項(xiàng)目輸入?yún)?shù)輸入?yún)?shù)項(xiàng)目項(xiàng)目輸入?yún)?shù)

8、輸入?yún)?shù)最?。ㄇ埃┹喚嘧钚。ㄇ埃┹喚郆1990mm一二軸距一二軸距1800mm車輪斷面寬度車輪斷面寬度b318mm二三軸距二三軸距5400mm迎風(fēng)面積迎風(fēng)面積A8.36m三四軸距三四軸距1400mm車輪半徑車輪半徑r553mm一軸到中心距離一軸到中心距離5617mm整車重量整車重量G44.17t底盤發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率底盤發(fā)動(dòng)機(jī)最大功率353KW重心高度重心高度Hz地面往上1856mm底盤發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)數(shù)底盤發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)數(shù)1900r/min中心水平位置中心水平位置四軸往前2316mm底盤發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩底盤發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩2300N.m主要輸入?yún)?shù)項(xiàng)目項(xiàng)目輸出值輸出值項(xiàng)目項(xiàng)目輸出值輸出值最高車速74.3一

9、橋軸荷R16.46最低穩(wěn)定車速5.1二橋軸荷R28.33最大爬坡度15.1三橋軸荷R314附著率0.3四橋軸荷R415.4側(cè)傾穩(wěn)定角29.5最小轉(zhuǎn)彎半徑8.3m制動(dòng)距離（初速80）64.4m縱向通過半徑10.3m百公里油耗82.3L/100kM橫向通過半徑1.2m 性能數(shù)據(jù)輸出(4)實(shí)例分析17目錄（目錄（ContentsContents）基于多工況的車架疲勞壽命分析基于多工況的車架疲勞壽命分析33 4研究背景、意義及框架研究背景、意義及框架3 1壓裂車車架強(qiáng)度分析壓裂車車架強(qiáng)度分析及及現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)試驗(yàn)底盤性能匹配分析及軟件開發(fā)底盤性能匹配分析及軟件開發(fā)3 2結(jié)論結(jié)論3 5183.1 分析分析

10、工況工況 3.壓裂車車架強(qiáng)度分析及試驗(yàn)驗(yàn)證壓裂車車架強(qiáng)度分析及試驗(yàn)驗(yàn)證壓裂車滿載低速行駛突然緊急制動(dòng)壓裂車通過高度400 mm障礙物突然緊急轉(zhuǎn)彎大泵作業(yè)四檔和八檔193.2 模型的建立模型的建立 3.壓裂車車架強(qiáng)度分析及試驗(yàn)驗(yàn)證壓裂車車架強(qiáng)度分析及試驗(yàn)驗(yàn)證有限元模型：主副車架接觸為NO Separation，其余簡(jiǎn)化為固定接觸，懸架用彈簧模擬，前懸架剛度426 N/mm，阻尼7 N.s/mm，后平衡懸架剛度856 N/mm，阻尼12 N.s/mm。永久載荷施加：車架上端設(shè)備作為永久載荷加載（駕駛室、水箱風(fēng)扇、傳動(dòng)箱、大泵和發(fā)動(dòng)機(jī)）。Pro/E三維模型203.3 約束及載荷施加約束及載荷施加 3

11、.壓裂車車架強(qiáng)度分析及試驗(yàn)驗(yàn)證壓裂車車架強(qiáng)度分析及試驗(yàn)驗(yàn)證18斜坡，設(shè)定載荷方向車架縱向施加19.8 m/s2的減速度單側(cè)前輪懸空，其余車輪觸地車架橫向施加7.8 m/s2的加速度大泵施加橫向220KN、120KN統(tǒng)一預(yù)設(shè)約束：板簧高度方向設(shè)置自由，限制水平方向自由度。213.4 分析結(jié)果分析結(jié)果 3.壓裂車車架強(qiáng)度分析及試驗(yàn)驗(yàn)證壓裂車車架強(qiáng)度分析及試驗(yàn)驗(yàn)證223.5 強(qiáng)度校核強(qiáng)度校核 3.壓裂車車架強(qiáng)度分析及試驗(yàn)驗(yàn)證壓裂車車架強(qiáng)度分析及試驗(yàn)驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)號(hào)節(jié)點(diǎn)號(hào)彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力節(jié)點(diǎn)號(hào)節(jié)點(diǎn)號(hào)轉(zhuǎn)彎應(yīng)力轉(zhuǎn)彎應(yīng)力節(jié)點(diǎn)號(hào)節(jié)點(diǎn)號(hào)制動(dòng)應(yīng)力制動(dòng)應(yīng)力73410126.5573410134.67170998150.5

12、160467107.5760474113.72172539119.557241497.678482102.181307102.16節(jié)點(diǎn)號(hào)節(jié)點(diǎn)號(hào)扭轉(zhuǎn)應(yīng)力扭轉(zhuǎn)應(yīng)力節(jié)點(diǎn)號(hào)節(jié)點(diǎn)號(hào)8檔應(yīng)力檔應(yīng)力節(jié)點(diǎn)號(hào)節(jié)點(diǎn)號(hào)4檔應(yīng)力檔應(yīng)力8482235.2246406225.2246406275.5416528219.4446451185.6546451224.2745799190.4447571185.3747571223.78六種工況有限元仿真典型節(jié)點(diǎn)應(yīng)力壓裂車車架材料為16MnL，屈服強(qiáng)度360 MPa，車架大部分部位的應(yīng)力比較小，一般分布在2040 MPa之間，安全系數(shù)大于8，比較安全；扭轉(zhuǎn)工況下為235 MPa

13、，大泵作業(yè)工況下為275 MPa，安全系數(shù)小于2，但從分析后的應(yīng)力圖可知，最大應(yīng)力點(diǎn)只出現(xiàn)在局部少數(shù)節(jié)點(diǎn)，需要局部加強(qiáng)，并據(jù)此給廠家提供建議。233.6 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn) 3.壓裂車車架強(qiáng)度分析及試驗(yàn)驗(yàn)證壓裂車車架強(qiáng)度分析及試驗(yàn)驗(yàn)證采集系統(tǒng)接線現(xiàn)場(chǎng)為了檢測(cè)壓裂泵車底盤車架的動(dòng)態(tài)強(qiáng)度是否符合設(shè)計(jì)要求，并驗(yàn)證有限元分析結(jié)果，對(duì)壓裂車進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。列號(hào)列號(hào)名稱名稱代號(hào)代號(hào)1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)BEEBATE2無線加速度節(jié)點(diǎn)A3013無線應(yīng)變節(jié)點(diǎn)SG4034應(yīng)變片BX120-3AA應(yīng)變片測(cè)試儀器24 3.壓裂車車架強(qiáng)度分析及試驗(yàn)驗(yàn)證壓裂車車架強(qiáng)度分析及試驗(yàn)驗(yàn)證3.6 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)25 3.壓裂車車架強(qiáng)度分

14、析及試驗(yàn)驗(yàn)證壓裂車車架強(qiáng)度分析及試驗(yàn)驗(yàn)證副車架測(cè)點(diǎn)位置有限元應(yīng)力提?。ㄅまD(zhuǎn)工況）4號(hào)測(cè)點(diǎn)試驗(yàn)應(yīng)力譜貼片布置圖（貼片數(shù)量共108個(gè)）3.6 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)26 3.壓裂車車架強(qiáng)度分析及試驗(yàn)驗(yàn)證壓裂車車架強(qiáng)度分析及試驗(yàn)驗(yàn)證路試各測(cè)點(diǎn)應(yīng)力值單邊坡凸起路障顛簸路第二次路試，經(jīng)歷單邊坡路（單側(cè)凸起路障），4號(hào)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)高應(yīng)力區(qū)域（扭轉(zhuǎn)）測(cè)點(diǎn)測(cè)點(diǎn)第一次路試第一次路試第二次路試第二次路試第三次路試第三次路試第四次路試第四次路試aaaa23456789103.6 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)27 3.壓裂車車架強(qiáng)度分析及試驗(yàn)驗(yàn)證壓裂車車架強(qiáng)度分析及試驗(yàn)驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)位置節(jié)點(diǎn)位置12345678910試驗(yàn)值試驗(yàn)值有限元有限元值值

15、誤差（誤差（%）扭轉(zhuǎn)工況下試驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)據(jù)對(duì)比誤差在20%以內(nèi)，驗(yàn)證了有限元分析結(jié)果的可靠性。靜止工況下試驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)據(jù)對(duì)比節(jié)點(diǎn)位置節(jié)點(diǎn)位置12345678910試驗(yàn)值試驗(yàn)值有限元有限元值值誤差（誤差（%）3.6 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)28目錄（目錄（ContentsContents）基于多工況的車架疲勞壽命分析基于多工況的車架疲勞壽命分析33 4研究背景、意義及框架研究背景、意義及框架3 1壓裂車車架強(qiáng)度分析壓裂車車架強(qiáng)度分析及及現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)試驗(yàn)底盤性能匹配分析及軟件開發(fā)底盤性能匹配分析及軟件開發(fā)3 2結(jié)論結(jié)論3 54.1 研究方法及分析路線研究方法及分析路線 4.基于多工況的車架疲勞壽命基于多工況的車架

16、疲勞壽命分析分析294.2 基于基于ANSYS Fatigue Tool六種工況疲勞分析六種工況疲勞分析 4.基于多工況的車架疲勞壽命基于多工況的車架疲勞壽命分析分析S-N曲線疲勞結(jié)果示例圖304.2 基于基于ANSYS Fatigue Tool六種工況疲勞分析六種工況疲勞分析 4.基于多工況的車架疲勞壽命基于多工況的車架疲勞壽命分析分析壓裂車六種工況下疲勞次數(shù)最小疲勞壽命：出工585次，使用9.8年。但是，這僅僅是單工況下疲勞壽命，需找到各工況共同危險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)，進(jìn)行疲勞損傷累積分析。314.3 基于基于Miner準(zhǔn)則多工況疲勞損傷準(zhǔn)則多工況疲勞損傷累積累積 4.基于多工況的車架疲勞壽命基于多工況

17、的車架疲勞壽命分析分析節(jié)點(diǎn)號(hào)節(jié)點(diǎn)號(hào)工況工況1工況工況2工況工況3工況工況4工況工況5工況工況673410170998848246406節(jié)點(diǎn)46406應(yīng)力譜最大應(yīng)力節(jié)點(diǎn)在六種工況下的應(yīng)力32節(jié)點(diǎn)號(hào)節(jié)點(diǎn)號(hào)出任務(wù)一次的損傷值（共出任務(wù)一次的損傷值（共8小時(shí)）小時(shí)）使用壽命（出任務(wù)次數(shù)）使用壽命（出任務(wù)次數(shù)）134101709988482464064.3 基于基于Miner準(zhǔn)則多工況疲勞損傷準(zhǔn)則多工況疲勞損傷累積累積 4.基于多工況的車架疲勞壽命基于多工況的車架疲勞壽命分析分析最危險(xiǎn)節(jié)點(diǎn)經(jīng)歷六工況的疲勞損傷值及疲勞壽命334.4 局部加強(qiáng)之后的疲勞壽命局部加強(qiáng)之后的疲勞壽命 4.基于多工況的車架疲勞壽命基于多工況的車架疲勞壽命分析分析 對(duì)車架薄弱位置進(jìn)行加強(qiáng)，壓裂作業(yè)時(shí)，通過外部支撐車架尾部（壓裂泵部位），大大減小局部應(yīng)力。車架尾部加強(qiáng)后節(jié)點(diǎn)46451譜狀應(yīng)力節(jié)點(diǎn)號(hào)節(jié)點(diǎn)號(hào)出任務(wù)一次出任務(wù)一次的損傷值的損傷值（8小時(shí)）小時(shí)）出任務(wù)數(shù)出任務(wù)數(shù)使用壽命使用壽命（年）（年）4640646451車架局部強(qiáng)化前后整車壽命對(duì)比3435目錄（目錄（ContentsContents）基于多工況的車架疲勞壽命