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巷道液压支架钢混组合结构底座力学特性数值分析研究

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摘要

第1章 绪论

1.1 液压支架研究背景及工程应用

1.1.1 液压支架研究现状和发展方向

1.1.2 液压支架技术标准研究现状

1.1.3 液压支架在煤矿开采中的应用

1.2 有限元法理论及发展

1.2.1 有限元法的基本原理

1.2.2 有限元法的起源与发展

1.2.3 有限元法的求解步骤

1.3 CAE技术及ANSYS软件

1.3.1 CAE技术的应用

1.3.2 ANSYS结构分析方法

1.3.3 ANSYS结构分析步骤

1.4 CAD技术及Pro/E软件

1.4.1 CAD技术的应用

1.4.2 Pro/E工程设计方法

1.4.3 Pro/E与ANSYS数据交换方法

1.5 论文的研究内容及意义

1.5.1 论文的研究内容

1.5.2 论文的研究意义

第2章 液压支架底座及其分析方法

2.1 液压支架简介

2.1.1 液压支架的型式

2.1.2 液压支架的组成部分和支护方式

2.1.3 液压支架参数确定和型号编制

2.2 液压支架底座的分析方法

2.2.1 液压支架底座的结构特点

2.2.2 液压支架底座试验分析方法

2.2.3 液压支架底座有限元分析方法

2.3 钢混组合结构液压支架底座研究

2.3.1 钢混组合结构液压支架底座研究背景

2.3.2 钢混组合结构液压支架底座技术特点

2.3.3 钢混组合结构液压支架底座施工方法

第3章 液压支架底座有限元模型建立

3.1 液压支架底座三维几何模型

3.1.1 三维几何模型的简化

3.1.2 三维几何模型的建立

3.1.3 三维几何模型的输出

3.2 钢结构液压支架底座模型

3.2.1 几何模型的建立

3.2.2 单元类型与材料属性的设置

3.2.3 有限元网格的划分

3.2.4 荷载施加和边界条件处理

3.3 钢混组合结构液压支架底座模型

3.3.1 钢板几何模型的建立

3.3.2 混凝土几何模型的建立

3.3.3 单元类型和材料属性的设置

3.3.4 钢筋混凝土有限元模型的建立

3.3.5 钢板有限元网格的划分

3.3.6 荷载施加与边界条件处理

第4章 钢结构液压支架底座力学特性数值分析

4.1 计算概述

4.1.1 Von Mises屈服准则

4.1.2 钢结构液压支架底座有限元模型

4.2 计算工况

4.2.1 工况一(底座两端加载)计算分析

4.2.2 工况二(底座横向中间加载)计算分析

4.2.3 工况三(底座扭转加载)计算分析

4.2.4 工况四(底座四角加载)计算分析

4.2.5 工况五(底座对角加载)计算分析

4.2.6 工况六(底座侧边对称加载)计算分析

4.3 钢结构液压支架底座各工况比较分析

第5章 钢混组合结构液压支架底座力学特性数值分析

5.1 计算概述

5.1.1 钢混组合结构液压支架底座两种方案设计

5.1.2 钢混组合结构液压支架底座有限元模型

5.2 计算工况

5.2.1 工况一(底座两端加载)计算分析

5.2.2 工况二(底座横向中间加载)计算分析

5.2.3 工况三(底座扭转加载)计算分析

5.2.4 工况四(底座四角加载)计算分析

5.2.5 工况五(底座对角加载)计算分析

5.2.6 工况六(底座侧边对称加载)计算分析

5.3 钢混组合结构液压支架底座各工况比较分析

第6章 两种结构液压支架底座比较分析

6.1 两种结构液压支架底座力学特性比较分析

6.2 两种结构液压支架底座材料成本比较分析

第7章 结论

参考文献

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摘要

近年来,随着煤炭科学技术突飞猛进的发展,煤炭开采工艺和装备水平的不断提升,国内外对液压支架的技术研究、工业设计和工程应用均取得了进一步的发展。液压支架作为综采工作面的关键设备,既是决定综采成败的关键因素,又对煤矿安全生产起着重要的影响。作为液压支架重要组成部件之一的液压支架底座结构,是整个液压支架的重要承载部件,它的主要作用是将液压支架顶板所承受的压力传递到底板,所以液压支架底座要满足足够的强度、刚度和稳定性等方面要求。
  本文的课题来源于沈阳三一重装集团项目——液压支架底座填筑钢筋混凝土改造工程数值分析研究。课题主要通过在液压支架底座内填筑钢筋混凝土,形成钢混组合结构液压支架底座,从而实现对钢结构液压支架底座的改造。本文通过数值分析方法分别对钢结构和钢混组合结构液压支架底座进行分析比较,最终确定液压支架底座的改造方案,文中所选用的液压支架类型是ZF2400/16/24四柱正四连杆放顶煤液压支架,但其改造方法和分析方法对其他型号液压支架均有借鉴意义。
  本文对钢结构和钢混组合结构液压支架底座进行计算分析步骤:首先,应用Pro/E软件建立液压支架底座几何模型,将建立好的几何模型通过专用接口导入ANSYS,并在ANSYS中进一步对几何模型进行修改和重建工作;其次,通过定义材料属性、单元类型和划分网格等工作,将几何模型转变为有限元模型,对于钢混组合结构液压支架底座,还要建立钢筋和混凝土有限元模型;最后,定义边界条件、施加荷载,并分别对钢结构和两种方案的钢混组合结构液压支架底座进行计算分析比较。
  综合比较两种结构液压支架底座在不同工况下的力学特性与材料成本,最终使所选择的钢混组合结构液压支架底座方案,在满足液压支架底座力学特性的同时,达到节约材料成本的目的。本论文在完成沈阳三一重装集团项目的同时,为今后在对液压支架底座的实验研究、工程应用以及新型液压支架底座的研发打下了一定的基础。

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