潜孔钻机钻架随机动力学模型及可靠性分析

摘要

潜孔钻机是煤炭、建材、化工及冶金辅助矿山等爆破炮孔使用的重要钻进设备之一，钻机钻架结构运行可靠性高低对生产具有重要意义。由于钻架结构在制造、安装、运行等环节存在着不可避免的随机因素，传统分析将动力学参数视为确定性的量，难以对某些结构破坏问题给出合理解释，因此对潜孔钻机钻架结构可靠性受随机因素影响敏感程度的研究十分必要。
　　本文建立钻架结构随机有限元模型，考虑钢材弹性模量、激励力的大小、激励力频率随机参数，对结构动力学响应及动力可靠性指标的影响规律进行研究。对其进行动力学特性及动力响应分析，得到结构随机参数与激励随机参数单独随机下动应力均值及标准差的分布规律，分析在一阶矩、二阶矩意义下动应力均值及标准差变异性随参数变异系数变化规律。采用应力强度可靠度计算模型，计算随机参数下钻架结构可靠性指标。通过定义相对变化率系数，定量描述钻架结构可靠性指标受随机参数的影响灵敏程度。分析得出影响钻架结构动态响应量及可靠度灵敏的随机参数，为钻架结构可靠性设计及安全运行提供重要理论指导。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 选题背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 钻机钻架研究现状

1．2．2 结构可靠性研究现状

1．3 结构动力可靠性理论基础与方法

1．3．1 动力可靠性定义

1．3．2 结构极限状态概念

1．3．3 结构的可靠度计算方法

1．4 本文的主要工作

2 潜孔钻机钻架结构随机动力学模型建立

2．1 钻架结构随机模型

2．1．1 钻架结构随机参数分析

2．1．2 随机动力有限元模型

2．1．3 基于Monte Carlo法求解

2．2 随机动力有限元模型建立

2．3 钻架结构动力学特性

2．3．1 钻架结构模态分析

2．3．2 动态响应分析

2．4 本章小结

3 随机参数下钻架结构动应力均值变化规律分析

3．1 均值变异性定量描述

3．2 考虑弹性模量随机时动态响应均值变异分析

3．2．1 弹性模量随机时横撑动应力均值

3．2．2 弹性模量随机时斜撑动应力均值

3．2．3 弹性模量随机时后立柱动应力均值

3．3 考虑激励力频率随机动应力均值变异分析

3．3．1 频率随机时横撑动应力均值

3．3．2 频率随机时斜撑结构动应力均值

3．3．3 频率随机时后立柱动应力均值

3．4 激励力的大小随机动应力均值变异分析

3．4．1 力大小随机时横撑动应力均值

3．4．2 力大小随机时斜撑动应力均值

3．4．3 力大小随机时后立柱动应力均值

3．5 本章小结

4 随机参数下钻架结构随机动力响应离散性分析

4．1 均值变异性定量描述

4．2 考虑弹性模量随机时动应力标准差变异分析

4．2．1 弹性模量随机时横撑动应力标准差

4．2．2 弹性模量随机时斜撑动应力标准差

4．2．3 弹性模量随机时后立柱动应力标准差

4．3 考虑激励力频率随机时动应力标准差变异分析

4．3．1 频率随机时横撑动应力标准差

4．3．2 频率随机时斜撑动应力标准差

4．3．3 频率随机时后立柱动应力标准差

4．4 考虑激励力的大小随机动应力标准差变异分析

4．4．1 力大小随机时横撑动应力标准差

4．4．2 力大小随机时斜撑动应力标准差

4．4．3 力大小随机时后立柱动应力标准差

4．5 本章小结

5 钻架结构可靠性分析

5．1 均值系统下结构可靠性分析

5．1．1 可靠性模型分析

5．1．2 钻架主要结构件可靠性分析

5．2 考虑激励参数随机时可靠性指标变化规律

5．2．1 激励力的大小随机时可靠性指标变化规律

5．2．2 激励频率随机时可靠性指标变化规律

5．3 钢材弹性模量随机时可靠性指标变化规律

5．4 多参数随机时可靠性指标变化规律

5．5 本章小结

6 结论

参考文献

作者简历

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