刨煤机刨刀截割载荷与刨头振动特性实验分析研究

为了揭示刨煤机截煤过程中刨刀载荷与刨头振动规律,探寻影响两者变化的因素,采用1:1模拟实际工况的刨煤机动态特性实验平台进行了测试研究,获得了刨头上部宽刨刀、中部短刨刀、下部长刨刀的载荷分布规律及刨头振动特性规律,实验结果表明:上部宽刨刀截割载荷最大、下部长刨刀次之、中部短刨刀最小,三把刨刀的刨削力、侧向力、挤压力幅值累计频次呈现瑞利分布;刨头在x方向振动加速度在±200 m/s~2范围内波动,z方向在±100 m/s~2范围内波动,xz平面内的转动角加速度在±100 rad/s~2范围内波动,振动曲线变化规律与刨刀载荷曲线变化趋势具有一定的相似性,刨刀载荷功率谱曲线峰值频率为刨头沿线振动频率的整数倍,刨头振动功率谱曲线峰值频率包含了刨头沿线振动频率和刨刀载荷峰值频率,研究结果揭示了刮板输送机中部槽沿线直线度是影响刨刀载荷波动和刨头振动的主要因素。     

单自由度刨煤机动力学模型的建立与仿真研究

根据刨煤机运行的工况,考虑煤给予刨头的刨削阻力为随机变化的量,建立了刨煤机单自由度非线性随机动力学模型,同时考虑了刨链预紧力、多边形效应因素的影响.并以某参数为实例利用MATLAB/Simulink进行数值求解和仿真,得到了各因素影响下刨头速度和刨链张力的变化.研究结果表明随机刨削阻力和刨链预紧力对刨头速度和刨链张力变化影响较明显,链轮多边形效应则影响较小.本研究为分析刨煤机运行和刨链可靠性提供依据.     

多自由度刨煤机动力学模型的建立与仿真

在单自由度刨煤机动力学模型的基础上,根据刨煤机的实际运行工况,建立了刨煤机多自由度非线性动力学模型,其中考虑了随机的煤壁作用力、刨链预紧力、链轮多边形效应因素的影响。并采用MATLAB/Simulink进行数值求解和仿真,得到了在各因素影响下刨头速度和刨链张力的变化状态。结果表明随机煤壁作用力和刨链预紧力对刨头速度和刨链张力变化的影响较大,链轮多边形效应影响较小,并且随机的煤壁作用力弱化了链轮多边形效应的影响。对多自由度和单自由度刨煤机动力学模型进行了比较分析,得出各种因素的影响规律是一致的,多自由度动力学模型更符合实际工况。为分析刨煤机动力学问题以及提高刨链可靠性提供理论基础。     

基于NSGA-Ⅱ算法的不完全概率信息刨头多目标模糊可靠性优化

针对滑行刨煤机能耗和载荷波动问题,讨论了随机参数服从非正态分布滑行刨煤机刨头的多目标可靠性优化,在基本随机参数的前四阶矩已知的情况下,应用随机摄动法和Edgeworth级数方法,计算刨头多目标的可靠性,并采用遗传算法NSGA\-Ⅱ算子进行模拟可靠性运算.研究结果表明：该方法计算得到的刨煤机刨头的载荷波动和比能耗显著降低,提高了刨煤机的工作可靠性,优化了刨头的结构参数．     

刨煤机链轮模态分析及刨链与链轮的冲击仿真

为研究刨煤机的振动,提高刨煤机的工作性能,通过建立刨煤机链轮的实体模型,通过ansys软件对链轮的模态进行分析,并应用Adams软件仿真链轮与刨链间的冲击,为研究刨煤机的振动、改进设计、合理确定刨煤机的参数提供理论依据。     

刨头间隙碰撞载荷下滑架体疲劳寿命试验分析

针对刨煤机中部槽滑架体在工作过程中出现的疲劳断裂现象,采用理论与试验相结合的方法,基于Winkler弹性地基接触模型,建立了刨头三自由度碰撞振动动力学模型.通过点到直线的距离算法作为检验碰撞的准则,构造了刨头与滑架接触碰撞判别条件.采用数值方法进行求解,得到刨头与滑架各点的最大碰撞力,并以此作为疲劳试验载荷,对中部槽滑架体进行疲劳寿命试验,得到了滑架体的疲劳寿命.研究结果表明:滑架体在最大碰撞力作用下,在立板前端产生初始裂纹,在发生静强度失效时,失效点倾向于立板后部下端.研究结果对提高滑架体疲劳强度提供了理论依据.     

医用泡罩包装容器热成型仿真及工艺参数优化

目的通过数值模拟技术,仿真某医用泡罩包装热成型容器在柱塞辅助热成型工艺过程中,不同时刻片材的厚度变化规律及分布情况,并验证有限元仿真模拟结果的可靠性。仿真拉伸头不同预拉伸深度下的热成型容器的壁厚分布情况,找出使壁厚分布更加均匀的最佳预拉伸深度值,以优化工艺参数。方法利用Solid Works软件建立了有限元模型,通过Ansys Polyflow软件仿真该医用泡罩包装容器的热成型工艺过程。并通过对实际热成型产品进行热成型实验,验证了有限元仿真模拟结果的可靠性。结果仿真值与实验值的相对误差约为2%,仿真结果与实际情况大体一致,仿真结果比较可靠。结论通过有限元仿真模拟得到该医用泡罩包装制品的最佳热成型预拉伸深度值为6.5 mm。     

混凝土浇筑期高大模板支撑体系的受力性能研究

为了掌握混凝土浇筑期高大模板支撑体系的受力性能,实地搭建8m高扣件式模板支架进行试验。通过吊装钢渣加载的方式模拟混凝土浇筑过程,测试模板下立杆轴力变化进行,给出了荷载施加顺序和支架受力的关系;提出了有限元建模方法对浇筑期支撑体系的工作状态进行模拟,通过对比发现本文提出的方法可以较为有效地计算立杆受力;将试验结果与现行规范计算结果进行对比,发现了现行规范存在的不足。     

钨合金杆式弹穿甲侵彻开坑阶段绝热剪切失效的数值模拟

为深入研究钨合金杆式弹芯在穿甲侵彻过程中的失效机制,利用LS-DYNA3D动力学软件对侵彻开坑阶段的塑性变形演化和绝热剪切失效进行数值模拟。侵彻开坑阶段,弹芯头部首先形成蘑菇头,随后在蘑菇头后端帽檐处和最前端鼻尖处分别形成绝热剪切失效;得到剪切带内的等效塑性应变、应力状态和温度变化等特征参量,并分析了剪切失效对弹芯侵彻性能的影响。侵彻开坑阶段虽然时间很短,弹芯的受力状态变化较快,蘑菇头最前端的绝热剪切失效可能造成弹芯侵彻的瞬间停滞而对侵彻性能起消极作用。     

一种钠钙硅酸盐玻璃的纳米压痕测试分析

采用纳米压痕测试技术对一种钠钙硅酸盐玻璃进行微观力学性能的测试分析.测得加载-卸载过程载荷与压入深度曲线,发现被测玻璃的最大压深、残余深度和弹性回复量随最大加载力的增加而增大,但其相对弹性回复率系数基本稳定,平均值为58.2%.通过电子显微镜观察了不同最大载荷下的压痕形貌,发现压痕区域出现了边界沉陷现象.当最大加载力为1 000 mN左右时,三棱锥工具头测试的压痕区域出现了较明显的微裂纹;采用四棱锥工具头时出现微裂纹的最大加载力要小于该值,且裂纹取向均与金刚石工具头的棱角取向一致.利用非线性有限元软件MSC.Marc对纳米压痕过程进行了仿真分析,得到载荷与压入深度的仿真曲线,该曲线与试验结果基本相符;分析了载荷作用下材料内部的应力分布.利用Oliver-Pharr模型得到不同压入深度下被测玻璃的接触刚度值,该值随压入深度的增加而增大.     

混合式单牙轮钻头破岩性能研究

在石油钻探过程中,优质的钻头对于降低钻井成本和提高钻井效率至关重要。通过设计,将牙掌结构与牙轮结构相连接,并且分别在牙轮和牙掌上安装锥形齿和PDC齿,从而设计出一种新型的混合式单牙轮钻头。该混合式单牙轮钻头较一般单牙轮钻头多了PDC齿,利用冲击和剪切原理破岩。牙轮大端通过井底中心,所有齿圈与井壁接触,在破岩的同时可以起到保径作用。建立了混合式单牙轮钻头与岩石相互作用的有限元模型,并对钻头井底模型、牙齿主切削力和破岩体积进行了仿真分析。通过台架实验对数值模拟得到的钻压和进尺量进行验证。研究结果表明,数值模拟得到的钻压和进尺量与台架测试结果相符,破岩载荷规律与钻头结构设计特点一致。混合式单牙轮钻头与球形单牙轮钻头相比,侧向力减小39.6%,破岩效率提高37%。使用该混合式单牙轮钻头钻井时稳定性更高,可以减小井斜发生的概率。根据结果可知,数值模拟在研究该混合式单牙轮钻头破岩规律中是有效的,该方法为钻头进一步设计及其工作特性的评估提供了依据。     

薄壁结构件铣削加工振动稳定性分析

针对如何考虑刀具与工件相互耦合作用及加工位置对系统稳定性影响,通过对切屑厚度、铣削力建模,建立薄壁件铣削系统动力学模型,考虑薄壁件铣削稳定性受铣削位置影响,获得以轴向铣削深度、转速、铣削加工位置为参数的三维稳定性图。通过对曲面图分析,可确定在不同主轴转速、不同铣削区域内薄壁件各模态对铣削稳定性影响。通过时域模拟分析加工位置对系统失稳机制影响,揭示稳定铣削与不稳定铣削、不同模态在不稳定铣削时铣削力、铣削位移的变化规律。     

风速和持续时间对立方体周边风致积雪演化影响研究

建筑物周边风致积雪是冬季多雪大风地区最常见的自然灾害之一.由于风吹雪的机理复杂,虽然数值模拟方法近几年取得了丰硕的成果,但是仍缺乏在稳定风雪条件下的广泛验证,限制了其预测方法的进一步提升和推广.为了揭示风速和持续时间对立方体周边积雪演化过程的影响,该文在西北严寒地区的稳定吹雪条件下,对不同风速下立方体模型周边不同时刻的...     

截割厚度与截线距对镐型截齿破岩力学参数的影响

基于对一种砂岩的直线截割试验,研究截割厚度和截线距对镐型截齿破岩力学参数的影响。单因素回归表明:截割力、法向力与截割厚度成正比,线性拟合和幂函数拟合均能很好地描述它们之间的统计学关系;随着截割厚度的增加,法向力截割力比值呈线性减小;随着截线距的增加,截割力和法向力呈线性增加,法向力截割力比值呈幂函数减小。载荷波动性系数随着截线距与截割厚度比值的增大呈线性减小。多元线性回归表明:截割力、法向力与截割厚度和截线距之间有极强的统计学关系;载荷波动性系数与截割厚度及截线距之间存在显著的统计学关系,且与截割厚度成正比,与截线距成反比。对比发现,Evans的理论模型较Roxborouth等、Goktan的改进模型对截割力有更好的预测性能。     

采煤机滚筒螺旋叶片结构参数研究

 根据采煤机截割理论,建立了螺旋叶片参数（结构参数、运动参数）与目标参数（滚筒装煤量、轴向输煤速度、轴向抛煤力、滚筒最低转速、块煤率）间关系的数学模型．以此为基础,研究了滚筒直径为1 800,1 600,1 250 mm,叶片头数为2时,叶片升角、叶片螺距、滚筒转速与装煤量的关系和叶片升角、滚筒转速与轴向抛煤速度的关系;并分析了叶片升角、牵引速度、滚筒转速对轴向抛煤力和块煤率的影响,以及三种型号滚筒的叶片升角、牵引速度与滚筒最低转速之间的关系．研究结果表明,螺旋叶片的升角对滚筒装煤量、轴向抛煤速度、轴向抛煤力和滚筒最低转速影响较大,并得到叶片升角最佳值在0.43 rad左右,为采煤机滚筒设计提供理论依据．     

采煤机截齿三向力测试方案设计及实验研究

为研究采煤机工作状态下截齿负载特性,设计了截齿三向力测试方案,并应用该测试方案对MG400/930-WD型采煤机进行了相关实验研究,得到了采煤机截割某实验室模拟煤壁时的截齿三向力曲线,并对实验结果和理论计算结果进行了对比分析.考虑误差和随机因素的影响,可以认为实验结果与理论分析是一致的,验证了测试方案的可行性,能为采煤机截齿相关参数的改进及采煤机截割部的设计提供实验数据和理论依据.     

基于SPH方法对不同药型罩线性聚能射流形成及后效侵彻过程的模拟

为了解决传统基于网格的数值方法在模拟线性聚能射流问题时因大变形而导致网格畸变使计算难以进行的问题,本文通过自编程实现的光滑粒子法（SPH）对不同药型罩线性聚能装药射流形成及其侵彻金属靶板的过程开展了数值模拟研究,所实现的算法可以为线性聚能射流数值模拟研究提供新途径。本文所开展的研究首先基于已有的线性聚能射流试验模型进行模拟分析,采用SPH方法有效实现了线性聚能射流的形成过程,数值模拟获得的射流头部速度与试验比对误差在10%以内。然后建立了装药质量、药型罩质量和装药横截面宽度相同的前提下不同药型罩线性聚能射流模型,数值模拟获得不同药型罩形成的射流特征以及侵彻金属靶板的开口宽度和侵彻深度随时间的变化规律。研究得到的不同药型罩线性聚能射流形成及后效侵彻规律可为线性聚能射流的设计提供参考。     

Finite element based model for predicting induced residual stresses and cutting forces in AISI 1020 steel alloy

The application of finite element models is a promising method for ensuring part quality during machining to accurately predict induced residual stresses and cutting forces. The present study applied Analysis System software to formulate a 3D model to predict induced residual stress and forces for AISI 1020 alloy. Taguchi method was applied in the design of the experiment with three levels and three factors selected: Cutting speed, feed rate and depth of cut. For validation, stresses are measured using an x-ray diffractometer from the surface to a depth of 0.6 mm in steps of 0.2 mm. The cutting forces are determined using a force dynamometer. Simulation results showed that cutting speed, feed rate and depth of cut contributed 94.76 %, 0.048 %, and 0.11 % respectively. The predictive model equations were statistically significant with a p-value of <0.005. The average induced residual stress on the superficial layer from the experiment and simulation were −367.7 MPa and −365.6 MPa respectively. The average residual stresses obtained at depths of 0.2 mm, 0.4 mm, and 0.6 mm were −260 MPa, −233 MPa, and −211 MPa, respectively. The proposed model offers a potential solution to reducing the costs of experimental methods.     

基于SPH算法的磨粒冲击工件表面过程的数值模拟

以Johnson-Holmquist ceramic脆性材料本构模型为基础,借助于光滑质点流体动力学方法,首次实现了对旋转超声加工中脆性材料内部裂纹形成及扩展过程的数值模拟。仿真结果表明,冲击裂纹的产生对于减小亚表层裂纹的扩展深度是有利的;冲击裂纹形成及扩展主要取决于磨粒冲击作用产生的拉应力的大小。通过对磨粒垂向切削力的研究发现：冲击裂纹及亚表层裂纹的产生有利于减小磨粒的垂向切削力;材料局部崩碎现象的出现是切削力在较大范围内波动的主要原因。通过与Conway的刻划实验结果进行对比发现,裂纹扩展方向的模拟值与实验值基本相符,验证了利用SPH方法对脆性材料切削加工过程中裂纹形成及扩展过程进行数值仿真的可行性。