带式输送机滚筒的有限元分析及参数化分析软件的开发

摘要

滚筒作为带式输送机的主要承载部件，所承受的载荷比较复杂，它同时受到了变化的法向载荷和切向载荷，对于滚筒这样受力复杂的系统，随着带式输送机的大型化，依靠传统的解析计算方法不能保证滚筒的可靠性和经济性，因而需要采用现代设计方法进行滚筒的设计计算。在近几十年，有限元分析技术因其高效、准确的特点，在工程界得到了普遍的认可和广泛的应用。为设计出重量轻、强度高、实际运行安全可靠的滚筒，将有限元分析技术应用于滚筒的计算分析中，对提高滚筒的整体设计水平有重要的意义。
　　综合利用大型的CAE分析软件ANSYS，对滚筒进行了有限元分析。滚筒构件的应力、变形规律的分析结论，能够在一定范围内解释滚筒的破坏原因，对滚筒的结构设计有一定的指导意义。首先根据有限元分析的需要简单介绍滚筒的结构和类型，详细的分析滚筒的受力，接着简单介绍了ANSYS的结构线性静力分析和接触非线性的相关内容，系统的总结了有限元模型相关的建模原则及建立方法。其次对传动滚筒进行实例分析，为准确的考察外载荷对滚筒的影响，将滚筒视为一个整体进行结构线性静力分析，分析过程中考虑表面载荷沿周向符合欧拉公式的指数分布和沿轴向符合半正弦分布的变化规律，并充分考虑滑动弧和静弧对表面载荷的影响，对分析结果进行了详细分析和校核。包角的大小对滚筒的受力有重大影响，因此对不同包角下的受力滚筒进行了分析对比。最后考虑胀套预紧力的作用，利用ANSYS中的接触非线性来模拟轴与轮毂的过盈配合和胀套与轴和轮毂的联接，并对分析结果和整体模型分析结果进行对比，可知在一定条件下用整体模型进行分析是可行的。
　　鉴于ANSYS建模的相对复杂性和滚筒模型的系列化特点，对滚筒的有限元分析进行了二次开发，主要是应用面向对象的编程语言Visual Basic和ANSYS中的参数化设计语言APDL，开发带式输送机滚筒参数化有限元分析软件，便于提高工作效率，具有一定的实用价值。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究的目的与意义

1．2 带式输送机滚筒的国内外研究现状

1．3 课题的主要研究内容

第2章 滚筒结构及受力分析

2．1 滚筒组的结构和分类

2．2 驱动滚筒工作原理及其受力分析

2．2．1 滚筒摩擦传动原理

2．2．2 驱动滚筒表面载荷沿圆周方向的受力分析

2．2．3 驱动滚筒表面载荷沿轴向的受力分析

2．3 改向滚筒受力分析

第3章 带式输送机滚筒参数化有限元分析

3．1 有限单元法理论基础

3．2 ANSYS有限元分析基本原理和方法

3．2．1 ANSYS计算中的基本方程

3．2．2 ANSYS计算的基本方法

3．2．3 ANSYS中的线性结构静力分析

3．2．4 ANSYS中的接触非线性分析

3．3 滚筒有限元模型的建立

3．3．1 ANSYS软件的分析步骤

3．3．2 确定几何模型建立方案

3．3．3 坐标系的选择

3．3．4 几何模型的简化

3．3．5 几何模型的建立

3．3．6 滚筒的网格划分

3．3．7 载荷数据

3．3．8 求解

3．3．9 通用后处理

第4章 带式输送机滚筒有限元分析实例

4．1 传动滚筒不考虑胀套预紧力有限元分析

4．1．1 传动滚筒刚度和强度分析

4．1．2 传动滚筒筒壳与辐板应力和位移曲线分析

4．1．3 不同包角范围下的分析结果对比

4．2 传动滚筒考虑胀套预紧力有限元分析

4．2．1 仅考虑胀套预紧力

4．2．2 考虑胀套预紧力和工作载荷共同作用

第5章 带式输送机滚筒参数化有限元分析软件的开发

5．1 带式输送机滚筒通用计算程序内核的开发

5．1．1 APDL语言介绍

5．1．2 APDL语言二次开发编程概述

5．1．3 Visual Basic与ANSYS的接口

5．2 带式输送机滚筒参数化有限元分析软件运行实例

5．2．1 程序界面及使用方法

5．2．2 带式输送机滚筒参数化有限元分析系统运行实例

第6章 结论

参考文献

致谢