考虑散体力的装载机铲斗强度分析与结构参数影响分析
发布时间：2021-08-10 19:09
装载机作为应用广泛的土方机械之一,其作业对象通常是碎石、沙子、土壤等散体物料,装载机铲斗作为与物料直接接触的工作装置,其结构强度和优化设计对提高整机工作效率和降低燃油消耗具有重要意义。因此,结构强度分析理论和方法的准确性和合理性将对后续的优化设计产生直接影响。现阶段学者多采用传统强度分析方法对铲斗等工作装置进行强度计算,忽略了物料之间、物料与设备体之间的散体力作用。本文在总结了国内外铲斗强度分析和结构优化研究成果的基础上,基于物料特性对物料和设备体之间的散体力作用关系进行研究,提出了一种考虑散体力的铲斗强度分析方法,采用一种离散元-有限元耦合方法对铲斗进行强度分析,并通过试验验证了该方法的合理性。最后分析了铲斗结构参数对铲斗作业阻力和强度的影响,为铲斗结构优化提供依据。主要研究内容和成果如下:（1）介绍离散元-有限元耦合分析理论。基于离散元素法理论和有限元素法理论,介绍了离散元-有限元耦合分析的理论,并对离散元-有限元耦合形式进行分析;（2）建立铲斗作业过程的离散元仿真,并获取铲斗受力。基于铲斗自身特征建立了铲斗模型;对物料之间、物料与铲斗之间的接触参数进行标定;基于逆向工程技术对碎石...
【文章来源】：广西科技大学广西壮族自治区
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
铲斗六种典型作业工况Fig.1-1Sixtypicalworkingconditionsofthebucket综上所述，传统强度分析方法存在两个方面的问题：①铲斗的作业阻力是通过
图 2-1 离散元素法分析过程Fig. 2-1 The analysis process of discrete element method2.2.2 离散元素法的基本原理离散单元法的基本原理是把作业对象进行离散化，将其视为彼此独立的单元，根据单元间的运动特点和牛顿第二定律，采用迭代法，计算小的步长内所有单元的受到的作用力和发生的位移，从而更新单元位置，为保证任意时刻单元所受到的作用力只是来自单元本身和与之接触的其他单元[33]，离散元素法的计算前提条件是：步长足够小、且在任意时间步长内，颗粒速度和加速度恒定不变。这两个基本原理可以从两个方面来理解：一是接触模型，用来表示颗粒受到的作用力与发生的位移之间的关系，并计算颗粒接触力的大小；二是牛顿第二定律，即求解单元的位移、加速度等运动参数[9]。2.2.3 离散元素法的接触本构模型
图 2-3 法向振动模型、切向振动运动模型和滑动模型-3 Normal vibration model, tangential vibration motion model and sliding粒的振动向法向和切向两个方向分解，可以得到颗粒的切向动，其中法向振动运动方程如下式：nnnnnnmd u/dt+ Cdu/dt+Ku=F22i,j向振动运动又可以分解为切向的滑动与切向滚动两个运动，ttttttmd u/dt+ Cdu/dt+Ku=F22i,jddtCdudtKusMttttI/+ (/+)=22i,jθ 为与设备体发生接触的颗粒中任意颗粒i、 j 的等效质量；量；s表示颗粒的旋转半径；nu 、tu 分别为颗粒在法向和切颗粒旋转角度；tF 、nF 是颗粒受到的外力在切向和法向两个
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Workbench挖掘式装载机铲斗有限元分析[J]. 何洋,李晓豁. 煤矿机械. 2018(05)
[2]装载机铲装过程仿真的物料堆建模方法研究[J]. 杨旭,李冰,徐武彬,李玉凤. 机械设计与制造. 2018(05)
[3]矿用装载机械铲斗的离散元和有限元耦合数值模拟分析[J]. 赵远. 煤矿机电. 2018(02)
[4]装载机铲斗铲装阻力的离散单元法研究[J]. 李茹,徐武彬,李冰,杨旭. 广西科技大学学报. 2017(03)
[5]装载机工作装置结构强度分析与试验研究[J]. 万一品,贾洁,梁佳,宋绪丁. 机械强度. 2016(04)
[6]矿用装载机铲斗有限元强度分析[J]. 吴卫萍. 长春工程学院学报(自然科学版). 2016(02)
[7]基于HyperMesh-EDEM-Patran耦合的铲运机铲斗强度分析[J]. 李建国,石博强,刘瑞月,张浩. 机械强度. 2016(02)
[8]装载机工作装置三维建模及有限元分析[J]. 曹博涛,李小莹,杨勇强. 煤矿机械. 2014(05)
[9]基于Ansys Workbench的装载机铲斗有限元分析[J]. 张倩,单忠德,邹爱玲,周永松,庄圆. 起重运输机械. 2013(12)
[10]工程机械节能减排任重道远[J]. 贾泽辉,吴学松. 建筑机械化. 2013(03)
硕士论文
[1]基于DEM-FEM耦合的滑坡作用下管道力学响应分析[D]. 李杭杭.西南石油大学 2017
[2]装载机工作过程力学分析及工作轨迹研究[D]. 王俊宇.广西科技大学 2016
[3]装载机工作装置动力学仿真与有限元分析[D]. 彭丹.长安大学 2015
[4]大型装载机工作装置轻量化研究[D]. 魏加洁.吉林大学 2014
[5]基于DEM的细长型金属管粉体颗粒夯实的模拟研究[D]. 吕函珂.重庆大学 2013
[6]基于有限元法ZL50装载机铲斗强度分析与结构优化[D]. 张立荣.山东理工大学 2008
[7]装载机液压振动铲装的理论分析与实验研究[D]. 范德强.吉林大学 2006
本文编号：3334621
【文章来源】：广西科技大学广西壮族自治区
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
铲斗六种典型作业工况Fig.1-1Sixtypicalworkingconditionsofthebucket综上所述，传统强度分析方法存在两个方面的问题：①铲斗的作业阻力是通过
图 2-1 离散元素法分析过程Fig. 2-1 The analysis process of discrete element method2.2.2 离散元素法的基本原理离散单元法的基本原理是把作业对象进行离散化，将其视为彼此独立的单元，根据单元间的运动特点和牛顿第二定律，采用迭代法，计算小的步长内所有单元的受到的作用力和发生的位移，从而更新单元位置，为保证任意时刻单元所受到的作用力只是来自单元本身和与之接触的其他单元[33]，离散元素法的计算前提条件是：步长足够小、且在任意时间步长内，颗粒速度和加速度恒定不变。这两个基本原理可以从两个方面来理解：一是接触模型，用来表示颗粒受到的作用力与发生的位移之间的关系，并计算颗粒接触力的大小；二是牛顿第二定律，即求解单元的位移、加速度等运动参数[9]。2.2.3 离散元素法的接触本构模型
图 2-3 法向振动模型、切向振动运动模型和滑动模型-3 Normal vibration model, tangential vibration motion model and sliding粒的振动向法向和切向两个方向分解，可以得到颗粒的切向动，其中法向振动运动方程如下式：nnnnnnmd u/dt+ Cdu/dt+Ku=F22i,j向振动运动又可以分解为切向的滑动与切向滚动两个运动，ttttttmd u/dt+ Cdu/dt+Ku=F22i,jddtCdudtKusMttttI/+ (/+)=22i,jθ 为与设备体发生接触的颗粒中任意颗粒i、 j 的等效质量；量；s表示颗粒的旋转半径；nu 、tu 分别为颗粒在法向和切颗粒旋转角度；tF 、nF 是颗粒受到的外力在切向和法向两个
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于Workbench挖掘式装载机铲斗有限元分析[J]. 何洋,李晓豁. 煤矿机械. 2018(05)
[2]装载机铲装过程仿真的物料堆建模方法研究[J]. 杨旭,李冰,徐武彬,李玉凤. 机械设计与制造. 2018(05)
[3]矿用装载机械铲斗的离散元和有限元耦合数值模拟分析[J]. 赵远. 煤矿机电. 2018(02)
[4]装载机铲斗铲装阻力的离散单元法研究[J]. 李茹,徐武彬,李冰,杨旭. 广西科技大学学报. 2017(03)
[5]装载机工作装置结构强度分析与试验研究[J]. 万一品,贾洁,梁佳,宋绪丁. 机械强度. 2016(04)
[6]矿用装载机铲斗有限元强度分析[J]. 吴卫萍. 长春工程学院学报(自然科学版). 2016(02)
[7]基于HyperMesh-EDEM-Patran耦合的铲运机铲斗强度分析[J]. 李建国,石博强,刘瑞月,张浩. 机械强度. 2016(02)
[8]装载机工作装置三维建模及有限元分析[J]. 曹博涛,李小莹,杨勇强. 煤矿机械. 2014(05)
[9]基于Ansys Workbench的装载机铲斗有限元分析[J]. 张倩,单忠德,邹爱玲,周永松,庄圆. 起重运输机械. 2013(12)
[10]工程机械节能减排任重道远[J]. 贾泽辉,吴学松. 建筑机械化. 2013(03)
硕士论文
[1]基于DEM-FEM耦合的滑坡作用下管道力学响应分析[D]. 李杭杭.西南石油大学 2017
[2]装载机工作过程力学分析及工作轨迹研究[D]. 王俊宇.广西科技大学 2016
[3]装载机工作装置动力学仿真与有限元分析[D]. 彭丹.长安大学 2015
[4]大型装载机工作装置轻量化研究[D]. 魏加洁.吉林大学 2014
[5]基于DEM的细长型金属管粉体颗粒夯实的模拟研究[D]. 吕函珂.重庆大学 2013
[6]基于有限元法ZL50装载机铲斗强度分析与结构优化[D]. 张立荣.山东理工大学 2008
[7]装载机液压振动铲装的理论分析与实验研究[D]. 范德强.吉林大学 2006
本文编号：3334621
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