水泥立磨粉磨激励仿真及振动疲劳分析

发布时间：2017-10-24 02:07

  本文关键词：水泥立磨粉磨激励仿真及振动疲劳分析

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【摘要】：立磨是一种集细碎、烘干、粉磨、选粉、输送为一体的粉磨设备,广泛应用于水泥、化工及冶金等领域。某水泥厂对某型立磨设备进行改进,改进后的立磨支撑结构振动严重,在地脚螺栓和支撑结构处发生破坏。针对以上问题,本文采用仿真与实验验证相结合的方法对水泥立磨进行结构强度分析和随机振动分析,找出立磨地脚螺栓及立磨支撑结构的破坏原因。首先在立磨工作现场对正常工况下的立磨进行应力及振动测试,得到螺栓处的应力大小及立磨的加速度振动信号。在SolidWorks中创建立磨系统几何模型,并利用HyperMesh完成立磨几何模型的网格划分,运用Workbench对水泥立磨在有无侧壁两种边界条件下进行了静力学分析,通过对比这两种情况下的位移和应力云图并结合应力测试结果,分析出了螺栓发生破坏的原因是由于立磨地基侧面无支撑,使得在设计中只受拉力的螺栓受到弯矩作用。并且由于立磨振动,使螺栓受到交变载荷,最终导致螺栓疲劳断裂,最后根据静力分析结果采用Goodman定理对螺栓的寿命进行了预测。利用离散元软件PFC3D建立水泥熟料颗粒模型,在该软件中模拟单轴压缩实验,不断变化细观参数,最终使得水泥熟料颗粒模型与真实水泥熟料物理性能相似。并对水泥立磨的粉磨过程进行仿真,得到立磨在粉磨过程中的激励。建立立磨摇臂系统的动力学模型,利用MATLAB求出磨辊的加速度随时间变化的曲线,并用周期图法估计其加速度的功率谱密度,与振动测试结果的功率谱密度曲线相比较,验证仿真的准确性。并在Workbench中对水泥立磨进行模态分析,得到了水泥立磨前六阶的阵型及固有频率。在模态分析的基础上进行随机振动分析,将粉磨过程仿真得到的加速度功率谱密度作为随机振动分析的激励,得到了水泥立磨的1σ-3σ应力云图,最后根据Palmgren-Miner线性疲劳累积损伤定律和Steinberg三区间法估计立磨支撑结构的振动疲劳寿命。本文采用离散元方法仿真立磨激励,并对立磨进行振动疲劳分析,经过分析最终找出立磨结构中的薄弱点,并估计了其振动疲劳寿命,为立磨设备的改进和设计提供一定的参考。
【关键词】：水泥立磨 结构强度 粉磨过程仿真 振动疲劳
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ172.61
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题背景和来源10-11
• 1.2 课题研究目的和意义11-12
• 1.3 国内外研究现状12-15
• 1.3.1 水泥立磨国内外研究现状12-14
• 1.3.2 振动疲劳国内外研究现状14-15
• 1.4 课题研究内容及方法15-17
• 1.4.1 课题研究内容15-16
• 1.4.2 课题研究方法16-17
• 第2章 立磨振动测试实验17-26
• 2.1 测试实验目的17
• 2.2 测试实验仪器及方案17-20
• 2.2.1 测试实验仪器17-18
• 2.2.2 测试实验测点布置方案18-20
• 2.3 测试结果及数据分析处理20-25
• 2.3.1 应力测试及数据分析处理20-23
• 2.3.2 随机振动测试及数据分析处理23-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 水泥立磨有限元模型建立及结构强度分析26-41
• 3.1 有限单元法概述26-27
• 3.2 水泥立磨几何模型的建立27-29
• 3.2.1 水泥立磨的工作原理及结构受力分析27-28
• 3.2.2 水泥立磨几何模型的建立28-29
• 3.3 水泥立磨有限元模型建立及结构强度分析29-40
• 3.3.1 基于HyperMesh网格划分29-31
• 3.3.2 有限元模型接触及边界条件设置31-35
• 3.3.3 水泥立磨的有限元结果分析35-40
• 3.4 本章小结40-41
• 第4章 水泥立磨激励仿真41-52
• 4.1 离散元法及PFC3D软件概述41-44
• 4.1.1 离散元法概述41
• 4.1.2 PFC3D软件概述41-44
• 4.2 基于PFC3D的水泥熟料破碎模型建立44-48
• 4.2.1 水泥熟料颗粒模型建立44-46
• 4.2.2 水泥熟料破碎过程模型建立46-48
• 4.3 水泥熟料破碎仿真结果处理及分析48-51
• 4.3.1 磨辊支撑点加速度功率谱密度的求解48-50
• 4.3.2 仿真结果与实验测试结果比较50-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第5章 水泥立磨在随机激励下的振动疲劳分析52-60
• 5.1 水泥立磨模态分析52-54
• 5.2 水泥立磨随机振动分析54-56
• 5.3 基于Steinberg三区间法疲劳寿命预测56-59
• 5.3.1 线性疲劳累积损伤理论56-57
• 5.3.2 材料疲劳性能的S-N曲线57-58
• 5.3.3 Steinberg三区间法疲劳寿命预测58-59
• 5.4 本章小结59-60
• 结论60-61
• 参考文献61-64
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果64-65
• 致谢65

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本文编号：1086493