论文部分内容阅读
岩石掘进机主要用于截割任意形状断面的井下岩石、煤或半煤岩巷道,其工作环境十分恶劣,承受工作载荷主要为冲击载荷,同时还要承受由于岩石飞溅或崩裂等引起的振动或随机载荷。转台螺栓用于连接岩石掘进机的转动平台,长期承受较大的冲击载荷,致使螺栓内部的损伤不断累积,螺栓的刚度和强度发生退化。螺栓的刚度退化会导致动载荷增大,强度退化使得其抵抗外载荷能力降低。直到螺栓的强度小于所承受的最大应力时,螺栓发生疲劳断裂,掘进臂脱落,易造成人员伤亡的重大恶性事故。因此研究螺栓的冲击疲劳刚度和强度退化规律具有重要意义。本文通过理论分析与试验研究相结合的方法,对材料疲劳载荷下螺栓剩余强度和剩余刚度的退化规律进行了系统的研究。具体研究内容如下：(1)对调质45钢进行疲劳强度退化试验,分别进行了两种不同应力水平下的拉—压疲劳试验,得到这两种应力水平下材料的疲劳寿命；测量不同循环次数比下材料的剩余强度和剩余刚度,了解疲劳载荷下材料强度和刚度退化的规律；(2)建立疲劳载荷下材料强度退化的幂退化模型,试验表明,该模型可以很好地拟合45钢的强度退化过程；将模型用于计算螺栓常用材料35CrMo钢的剩余强度,所得误差较小,可知该模型有较好的适用性,且可用于评估螺栓的强度退化过程；将本文提出模型与其他学者提出的强度退化模型进行比较,可知幂退化模型拟合效果较好；基于不同载荷对材料造成的疲劳损伤可以互相转化的假设下,建立随机载荷下材料的剩余强度退化模型；(3)建立疲劳载荷下材料的刚度退化模型,并在同一时刻的剩余强度和剩余刚度取决于材料内部同一损伤状态的假设的前提下,建立材料剩余强度和剩余刚度的关联模型,并通过试验数据对建立模型进行了验证；(4)将本文建立强度退化模型用于评估岩石掘进机转台螺栓在随机载荷下的强度退化过程,可知在多级疲劳载荷作用后,螺栓强度发生退化,其剩余疲劳寿命仅为0.2N,极易发生疲劳断裂；用ANSYS计算不同刚度下螺栓的受力情况,比较不同刚度下螺栓的受力大小以及变形情况,可知随着刚度的退化,螺栓变形增大,受动载荷也越大。