采煤机扭矩轴断裂特性数值模拟

作为保护采煤机关键零部件的扭矩轴,其断裂特性对采煤机的可靠性与使用寿命有重大影响。建立采煤机刚柔虚拟样机耦合模型,结合实际工况,基于项目组开发的采煤机载荷模拟程序计算获得了采煤机滚筒的载荷文件,通过ADAMS仿真得到了扭矩轴的最大剪切应力及时刻。建立引入裂纹后的扭矩轴有限元模型,结合断裂力学,应用微动疲劳与三维裂纹扩展分析软件FRANC3D对扭矩轴进行断裂特性数值模拟,得到了扭矩轴裂纹前缘应力强度因子,对其进行裂纹扩展分析,结果表明裂纹前缘应力强度因子随着裂纹扩展步数的增加而增加,疲劳寿命为2.185 8×10~5次。将虚拟样机技术与断裂力学相结合,为机械设备中零部件设计与研究提供了新的技术与数据支持。