带式输送机滚筒应力计算的改进传递矩阵法的研究

摘要

滚筒作为带式输送机的主要驱动和传动部件，特别是传动滚筒由于受到输送带施加的非常强的拉紧力，以及锁紧元件装配产生的压力式滚筒遭受弯曲变形引起疲劳失效，由此带来巨大损失。因此，使设计者们一直想要找到一种详尽的的应力疲劳和强度的方法来对滚筒进行分析。研究出一种合理的滚筒应力分析方法是必要的。
　　同许多采用单一的有限元分析不同，本文研究了一种新的滚筒应力分析方法——基于改进传递传矩阵(TMB)的有限元法，它融合了传统应力分析方法和有限元法的优点，是一种半解析的方法。本文通过对滚筒的结构和受力分析，得到了滚筒的载荷分布规律;将轴对称结构体——滚筒，承受的非对称外载荷和由其产生的应力和位移用傅立叶级数展开，级数的每一项通过求解一组相应的控制微分方程得到，将三维问题转化成了二维问题。用了弹性力学新体系方法中的对偶变量，将一个长度坐标作为“时间”建立了常微分方程，即弹性力学一维空间域上的状态变量的常微分方程。通过研究由此常微分方程得到的传递矩阵的重组过程，推导出了梁单元、变厚度辐板单元和柱壳单元的基于改进传递矩阵法的有限单元刚度矩阵;应用传统的有限元法过程，实现了不同类型的TMB单元刚度矩阵的组装;利用结点位移和传递矩阵求出了滚筒任意位置处的应力。
　　将以上计算方法程序化，用VB6.0开发这一算法的滚筒应力分析软件，使算法的一些关键技术在程序中得到良好实现。该软件操作界面简洁方便，计算时间短，用户输入滚筒相关参数后便可以得到欲求位置处的应力计算结果及应力曲线。
　　用实际算列计算并分析结果，验证了算法的正确，使用和方便性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 带式输送机滚筒研究的目的和意义

1．2 带式输送机滚筒的国内外研究现状和发展动态

1．3 本文研究的主要内容

第2章 输送机滚筒结构与载荷前处理

2．1 带式输送机滚筒的种类

2．2 滚筒的结构与参数

2．2．1 滚筒组的结构组成

2．2．2 滚筒的结构参数

2．3 滚筒的工作原理和受力分析

2．3．1 滚筒的传动原理

2．3．2 滚筒的受力分析

2．4 滚筒受载荷的前处理

第3章 基于传递矩阵的有限元法

3．1 基于传递矩阵的有限元法的理论体系

3．1．1 弹性力学求解新体系方法

3．1．2 基于传递矩阵法的有限元法概述

3．1．3 用TMB有限元法分析滚筒的总体思路

3．2 梁的TMB有限单元的建立

3．3 变厚度辐板的TMB有限单元的建立

3．3．1 辐板TMB弯曲单元的建立

3．3．2 辐板的TMB平面应力单元的建立

3．4 柱壳的TMB有限单元的建立

3．5 滚筒的整体分析

3．5．1 各部分TMB单元合成滚筒整体模型

3．5．2 轮毂与轴的连接处的分析

3．5．3 求解各单元的应力

3．6 由常微分方程组推导出TMB有限单元的过程

3．7 传递矩阵的求解

3．7．1 辐板弯曲单元的传递矩阵的求解

3．7．2 辐板平面单元的传递矩阵的求解

第4章 带式输送机滚筒应力分析软件的开发

4．1 带式输送机滚筒的参数

4．2 滚筒应力分析软件程序的功能结构

4．2．1 软件的功能

4．2．2 软件程序的结构流程

4．3 主要程序模块的设计

4．3．1 刚度矩阵模块设计

4．3．2 应力计算模块设计

第5章 带式输送机滚筒应力分析软件算例

5．1 参数的输入

5．2 计算结果数据

5．3 计算数据分析

5．4 滚筒强度和刚度校核

第6章 结论

参考文献

致谢