太原重工是中国领先的重型装备制造商，产品涵盖矿山挖掘机、大型起重机等。在开发新一代大型矿用挖掘机（斗容约35m³）时，斗杆和动臂等关键结构件的疲劳寿命成为设计瓶颈——客户要求在高强度矿山工况下达到8万小时以上的使用寿命。结构仿真团队应用Simcenter 3D建立挖掘机工作装置（动臂、斗杆、铲斗及铰接销轴）的精细化有限元模型。模型采用高阶四面体单元，铰接区域局部加密，总自由度超过1200万。仿真工况覆盖了挖掘、回转和卸载全循环中的典型载荷——包括挖掘峰值阻力、动臂起升惯性力以及回转制动冲击。通过瞬态动力学分析获得了各关键焊缝处的应力-时间历程，再结合材料的S-N曲线进行疲劳累计损伤计算。分析定位到动臂下盖板与侧板的对接焊缝区域为疲劳热点，原始设计在该处的应力集中系数达2.8。团队基于仿真结果优化了焊缝局部形状（增大过渡R角）和焊道布置（采用双层焊道降低应力集中），将疲劳热点处的安全系数从1.5提升至2.2。优化后方案通过台架疲劳试验验证，达到8.5万小时设计寿命要求。
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