选煤弧形筛的动力学及疲劳分析

摘要

选煤弧形筛在工作中长期承受着交变激振力和物料的冲击、摩擦作用，其结构或部件容易产生疲劳破坏，致使工作效率下降和企业经济效益减少。为避免疲劳破坏带来的严重损伤，需要在设计阶段就对其结构或重要部件进行疲劳寿命分析。由于采用虚拟样机技术进行疲劳寿命分析相比于传统的物理样机试验法，具有节约人力资源、减少成本和缩短研发周期等优点，其越来越多被应用于研究与产品设计开发中。
　　本文的研究对象是VSB302060型选煤弧形筛，通过有限元法所得应力结果与多体系统动力学仿真技术获取的载荷时间历程，分析其重要部件----筛板弧形座的疲劳寿命情况。首先在了解VSB302060型选煤弧形筛的结构和工作原理的基础上，建立筛板弧形座的有限元模型，通过施加边界条件和载荷后，进行静强度计算，结果表明该部件的强度满足要求，同时获取疲劳分析所需的应力结果。然后以多参考点最小二乘复频域法作为识别方法，运用LMS Test.lab对筛板弧形座进行模态分析，得到有利于振动的振型和固有频率，振动电机选用该频率对筛板弧形座进行激振，使其产生谐振，易于清理堵住筛缝的物料颗粒;基于拉格朗日法建立选煤弧形筛的力学模型和运动学微分方程，计算得到筛板弧形座和筛箱的位移幅值，并通过ADAMS中创建的多刚体系统模型仿真分析得到筛板弧形座和筛箱的振动位移曲线，与理论分析结果相比较，验证了模型的准确性，同时其结果也表明筛板弧形座的振动位移远大于筛箱，有利于避免筛缝堵塞和减少筛箱疲劳破坏;在多刚体系统模型的基础上，将筛板弧形座柔化处理后替换掉原来的刚性体，从而建立起选煤弧形筛的刚柔系统模型，以此进行动力学仿真分析后输出筛板弧形座疲劳分析谐振下的载荷时间历程。最后使用ANSYS14.5 nCode DesignLife将筛板弧形座的静力学分析应力结果和载荷时间历程匹配形成以时间为变量的应力张量，结合材料的S-N曲线，应用Miner线性疲劳累积损伤法则，分析计算得到疲劳寿命比较小的危险位置，其循环次数为1.963×109次，满足筛分机械的使用寿命要求。本文将有限元法和多体动力学仿真应用于选煤弧形筛的疲劳分析中，找出了重要部件筛板弧形座的薄弱地方，并得到了其疲劳寿命，可作为结构改进和使用维护的依据。该疲劳分析方法融合了强度分析、运动分析和疲劳分析，具有较好的可靠性和应用性，也体现出使用虚拟样机技术进行疲劳寿命分析的优越性。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究动态

1．2．1 弧形筛和振动弧形筛的研究现状

1．2．2 疲劳分析的研究概况

1．3 基于有限元法和多体系统动力学仿真的疲劳分析方法

1．4 选煤弧形筛的疲劳寿命分析流程

1．5 本文主要研究内容

第二章 筛板弧形座的有限元静力学分析

2．1 选煤弧形筛的结构和工作原理

2．1．1 选煤弧形筛的结构

2．1．2 选煤弧形筛的工作原理

2．2 筛板弧形座的有限元静力学分析及应力结果获取

2．2．1 有限元静力学分析概述

2．2．2 筛板弧形座有限元模型的建立

2．2．3 筛板弧形座的静力学分析结果

2．2．4 筛板弧形座疲劳应力结果的获取

2．3 本章小结

第三章 选煤弧形筛的动力学分析

3．1 筛板弧形座的模态分析

3．1．1 模态分析方法

3．1．2 筛板弧形座的工作模态分析实验

3．1．3 筛板弧形座的模态参数识别

3．2 选煤弧形筛的动力学理论分析

3．2．1 选煤弧形筛力学模型的建立

3．2．2 选煤弧形筛振动系统的运动方程

3．3 选煤弧形筛的多刚体动力学仿真分析

3．3．1 基于ADAMS的动力学仿真分析步骤

3．3．2 多刚体系统动力学的理论基础

3．3．3 选煤弧形筛的多刚体系统建模

3．3．4 仿真分析与结果

3．4 筛板弧形座的柔化及仿真分析

3．4．1 筛板弧形座的柔化

3．4．2 刚柔系统仿真分析及结果

3．4．3 不同激振频率下的振动情况

3．4．4 疲劳载荷时间历程的输出

3．5 本章小结

第四章 选煤弧形筛的疲劳分析

4．1 疲劳分析理论

4．1．1 疲劳概述

4．1．2 疲劳寿命分析方法

4．1．3 疲劳累积损伤理论

4．2 选煤弧形筛材料的S-N曲线

4．2．1 S-N曲线简介

4．2．2 筛板弧形座材料的S-N曲线

4．3 筛板弧形座的疲劳寿命分析

4．3．1 疲劳软件简介

4．3．2 疲劳分析流程的搭建

4．3．3 疲劳寿命分析结果

4．4 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的论文