基于ANSYS的掘进机截割主轴有限元分析

为研究掘进机截割主轴在外力作用下的受力情况,应用三维建模软件SolidWorks对掘进机截割主轴进行三维建模,将模型导入有限元分析软件ANSYS,模拟截割主轴在受到外力情况下的应力分布与变形情况。通过有限元分析,可以提高设计、校核效率,为结构优化和改进提供理论基础。     

面向选区激光熔化增材制造的多孔结构设计与力学性能分析

面向选区激光熔化(Selective laser melting, SLM)增材制造轻质高强多孔结构的需求,采用拓扑优化设计方法,通过调节孔隙率和载荷施加位置对正六面体进行结构优化,得到了点、线和面拓扑多孔结构,并利用SLM技术制备了AlSi10Mg多孔结构试样。通过压缩试验测试多孔结构的力学性能,采用有限元法分析多孔结构的破坏机理。结果表明,随着孔隙率的增加,点、线和面拓扑多孔结构的屈服强度和弹性模量逐渐降低。有限元分析表明,面拓扑多孔结构的应力分布是最均匀,在相同压缩位移下,面拓扑多孔结构的力学性能最佳,线拓扑多孔结构次之,点拓扑多孔结构的力学性能最差。该结果证明了面拓扑优化是三种优化方式中最理想的一种。采用经典的Gibson-Ashby模型建立了力学性能与几何参数之间的数学关系,可用来预测三种多孔结构的孔隙率与力学性能关系,为多孔结构的应用提供了理论依据。     

滚筒采煤机截齿的动力学分析

以滚筒式采煤机为研究对象,通过SolidWorks三维软件建立滚筒模型,使用ADAMS软件对截齿截割煤层进行受力分析,得到截齿所受煤层反作用力的三向阻力图,发现其受力波动性较大,为了解截齿详细的受力情况,将截齿的SolidWorks模型导入ANSYS软件中进行有限元分析,由截齿的总位移云图可知,截齿顶尖受力最大且变形最大,为优化截齿受力,以不同截齿安装角为研究参数,得出相对最优的截齿安装角。     

基于LS-DYNA的采煤机滚筒截割夹矸煤岩强度分析

为获取复杂工况下薄煤层采煤机螺旋滚筒应力信息,进而指导其参数设计或运动学参数匹配,采用PRO/E建立了滚筒及煤岩模型,通过专用接口导入到Ansys,并根据实际情况对模型进行定义单元、材料、划分网格添加约束、接触等操作,最终在Ls-Dyan中建立了螺旋滚筒截割夹矸煤岩的耦合模型,设置牵引速度为4 m/min,滚筒转速为80 r/min,并对其进行动态仿真,获取相应零件的接触力信息及应力云图。结果表明:截齿合金头、齿体、齿座、叶片最大应力分别为1 209. 26 MPa、812. 5 MPa、371. 79 MPa以及103. 56 MPa,均小于各自材料的许用应力,能够可靠工作。该方法能够找到滚筒的薄弱环节,可为螺旋滚筒设计及运动学参数匹配提供重要的理论参考。     

部分断面掘进机截割头截割性能研究

截割头是掘进机直接实现截割功能的关键部件,其设计在一定程度上直接决定了整机的性能。采用混凝土制作煤岩,对自制煤岩进行单轴压缩试验,确定其抗压强度和弹性模量。针对掘进机截割煤岩过程的复杂性,以部分断面掘进机截割头为研究对象,基于单轴压缩试验所确定的物理参数,利用动力学有限元软件LS-DYNA建立截割头截割煤岩过程仿真模型,探讨了截齿切削角和旋转角对截割载荷、载荷波动和截割比能耗的影响规律。由仿真结果可知,当截齿的切削角在48°~50°范围,旋转角在12°~16°范围时,截割头的截割能力较佳;将由试验确定的自制煤岩截割力矩时域曲线与仿真结果进行对比,验证了所建立的仿真模型的正确性。上述研究为部分断面掘进机截割头截割性能的改善提供了理论基础,同时为其他类型截割或切削问题的研究提供了理论借鉴。     

基于Inconel 718车削过程有限元仿真的刀具刃口几何参数优化

基于Third Wave Advant Edge建立二维有限元模型,对镍基高温合金Inconel 718的车削过程进行数值仿真分析,并通过直角车削试验验证仿真模型的精准度;提出了刃口几何参数的优化流程,获得了不同刃口几何参数下的切削温度和应力分布,研究了刀具刃口几何参数对刀具应力及刀具温度的影响,进而对加工镍基合金的刀具刃口参数进行优化。仿真结果表明:在选定后角7°时,粗加工镍基合金Inconel 718的最优前角为6°,最优刃口钝圆半径为60μm;随着刀具前角的增加(0°~10°),切削温度逐渐增加,刀具应力先减小后增加,切屑的高温区逐渐减小,刀具的高应力区逐渐向后刀面扩展;随着刃口钝圆半径的增加(30μm~80μm),刀具温度逐渐增加,温度分布无明显变化,刀具应力先减小后增加,切削刃附近应力集中现象减弱。     

非对称渐开线直齿轮弯曲应力的有限元分析

对非对称渐开线直齿轮的弯曲应力进行有限元分析。基于Pro／ENGINEER软件建立了非对称渐开线直齿轮的参数化模型,并通过ANSYS软件建立齿轮的有限元模型。通过对有限元模型的应力分析,得到了非对称／对称渐开线直齿轮在不同啮合点处的位移和应力分布。不同参数条件下的结果表明：适当的增大工作侧压力角对于提高齿轮的传动性能是非常有利的。     

超临界二氧化碳去污容器力学分析

针对核设施去污设计了超临界二氧化碳去污试验系统,根据去污工艺开展了耐酸碱和耐高压去污容器结构设计,建立了去污容器三维模型和有限元模型。通过有限元分析获得了去污容器应力分布,找到了受力最大位置。通过容器壁厚和内腔过渡圆角半径对容器应力的影响关系分析,为确定结构参数提供了依据。水压试验和去污试验结果表明,该去污容器结构强度和系统匹配性均满足要求。     

卧螺离心机螺旋输送器结构强度的参数化分析

为指导卧螺离心机螺旋输送器关键参数的确定与结构的优化,应用有限元分析软件ANSYS建立了螺旋输送器的参数化三维有限元模型,进行结构强度分析和转子模态分析,发现螺旋输送器为刚性转子,应力最大值出现在圆柱段叶片根部,径向最大位移出现在圆柱段螺旋叶片外缘.进一步分析了叶片厚度和半锥角等参数对转子结构强度和固有特性的影响,参数化分析结果表明,随螺旋叶片壁厚的减薄,应力强度和径向位移量均呈增大趋势,增大半锥角会造成总体应力强度值的提高.     

基于ANSYS的定梁龙门机床横梁静力学特性分析

为计算龙门机床横梁在自重下的应力及变形,分析其变形是否满足设计的精度要求,采用有限元方法,通过有限元分析软件ANSYS,分析计算出了横梁不同方向的应力和变形,结果表明:最大变形为14.3μm,出现在横梁中部重力作用方向,最大应力为4730000Pa,集中在支柱与横梁连接处。     

双通道MEMS微波功率传感器的匹配特性

为了降低双通道MEMS微波功率传感器的回波损耗,提高传感器的测量精度,对MEMS悬臂梁的匹配特性进行了研究。首先,通过双通道MEMS微波功率传感器结构构建S参数的理论解析模型,分析了双通道MEMS微波功率传感器的匹配特性,得到了MEMS悬臂梁的间距和回波损耗系数S11的关系;接着利用有限元软件HFSS进行仿真,并和理论结果比较;然后,设计并制作了双通道微波功率传感器;最后,对该传感器的匹配特性进行了测试和分析。实验结果表明:当MEMS悬臂梁的间距为1.6μm时,该传感器在测量8~12GHz频率内的微波信号时,回波损耗小于-19dB。理论和仿真结果较为相符,因此S参数的理论解析模型可以较好地反映双通道MEMS微波功率传感器的匹配特性,对双通道MEMS微波功率传感器的设计具有一定的指导意义。     

螺旋齿拉刀的有限元分析

采用ANSYS有限元分析软件,建立了螺旋齿拉刀一个刀齿的有限元模型,通过加载求解,得到拉刀刀齿工作时受力后的位移和应力分布情况。利用正交实验分析方法,对拉刀的前角、后角、刃倾角、齿距等参数进行了分析和优化,为改进拉刀受力情况、合理设计拉刀结构以及对拉刀进行失效分析提供了理论依据。     

螺旋钻采煤机钻头截齿载荷特性研究

为了研究螺旋钻采煤机钻头上镐型截齿的载荷特性,进而为钻头的设计提供参考依据,采用非线性动力学仿真软件LS-DYNA建立了单齿钻进截割煤岩的有限元模型,利用该模型研究了钻进工况下截齿的受力特点和截齿载荷特性随安装参数的变化规律。研究表明：钻头上截齿的截割工况为半封闭式切削,截齿会承受极大的进给阻力;截齿截割阻力随截割角的增大以二次函数形式减小,随倾斜角的增大以指数函数形式呈现先稳定后急剧增大的趋势;截齿进给阻力与截割角成指数函数关系,与倾斜角成线性关系,随截割角和倾斜角的增大而减小;在避免齿体与煤体干涉条件下,截齿宜选用较大的截割角度;为使钻头截齿拥有良好的截割性能和钻进性能,截齿倾斜角不宜超过30°。      

基于ANSYS/LS_DYNA的掘进机截齿截割煤岩动力学分析

利用ANSYS/LS_DYNA软件建立了截齿和煤岩的有限元模型,应用LS_DYNA的显式动力分析算法,对单个截齿截割煤岩的动力学过程进行了模拟,得到截齿在截割煤岩过程中受到的动态力变化曲线及煤岩的应力云图,对截齿在不同安装角及不同截割速度时,截齿在截割过程中的受力进行模拟,对比分析不同工况下截齿的受力大小,获得最佳的截齿安装角及工作速度,为截割头上截齿的分布及安装提供指导。     

新型组合式镐型截齿结构改进与仿真分析

为了提高截齿的使用寿命及经济性,借鉴有关经验,在采煤机镐型截齿的基础上提出了一种采用组合形式的新型镐型截齿;通过理论计算初步确定了镐型截齿采用组合式结构时的重要结构参数,加工工艺上拟采用包铸和钎焊相结合的方式进行生产加工;然后在Solid Works软件中建立三维模型,并应用有限元软件Workbench对改进后的组合式镐型截齿进行不同工况下的静强度分析和疲劳分析。结果表明:新型组合式镐型截齿在不同工况下连接处的应力、应变值较小;组合分段处的疲劳寿命及安全系数较大,疲劳损伤较小,说明在其他部位失效前组合分段处不会发生强度失效,即新型组合式镐型截齿在理论上是可行的。     

矿用EBZ200掘进机截割头排布设计及结构性能分析

为了提高掘进机截割头的切削效率和减小截齿的能耗量,采用MATLAB软件对截割头的截齿排布方式进行设计,提升截齿分布的合理性.通过LS-DNYA软件对设计后的截割头与煤炭接触的切削过程进行有限元仿真分析,计算截齿载荷、截齿能耗分别与切削角和旋转角的对应关系及变化规律,得出截齿分布的最佳切削角和旋转角的设计范围.研究结果可为掘进机截割头在工程中的实际应用提供依据.     

关键几何参数对药柱贮存刚度的影响分析

基于粘弹性理论,利用ANSYS有限元软件,建立药柱结构的有限元模型,确定影响药柱贮存刚度的关键几何参数,对不同药柱结构贮存期内的药柱刚度进行分析,研究不同几何参数对药柱贮存刚度的影响敏感度,为药柱结构完整性设计提供理论分析与研究基础。     

接触分析在车轮弯曲疲劳有限元分析中的应用

利用有限元接触分析方法,建立车轮、试验轴、螺栓连接件的有限元模型,施加合理的载荷与边界条件,模拟车轮弯曲疲劳试验。通过有限元分析软件ANSYS,建立模型、设置接触对与相关参数,得出车轮高应力区域与各应力值。运用疲劳寿命计算理论中的名义应力法及ANSYS软件估算车轮疲劳寿命,且两数据基本一致。与车轮弯曲疲劳试验结果比较表明:在疲劳寿命计算理论与ANSYS软件估算的疲劳寿命内车轮均没有破坏。从而验证了运用接触分析有限元法预估车轮寿命的有效性,为以后的结构改进起到了指导作用。     

内压作用下弯管环向穿透裂纹应力强度因子分析

应力强度因子是缺陷结构安全评定的必需参数。利用有限元分析软件ANSYS建立了内压作用下弯管环向穿透裂纹模型,以管道外径、管道厚度、纵向裂纹角、裂纹半角、环向裂纹角为参数,对不同参数下的应力强度因子进行了计算。结果表明:应力强度因子与纵向裂纹角θ1无关;应力强度因子随裂纹半角θ的增大而增大;应力强度因子随环向裂纹角θ2的增大先减后增。依据计算结果对参数进行了无量纲化,继而拟合了内压作用下弯管环向穿透裂纹应力强度因子计算关系式。     

钻头微织构参数对切削力的影响研究

为探究微织构参数对切削力的影响,利用ABAQUS有限元仿真软件建立硬质合金麻花钻钻削钛合金材料的仿真模型,设计正交试验方案,确定织构参数对切削力的主次影响因素,设定A为微槽织构间距,B为离刃距离(织构离切削刃的距离),C为微槽织构长度,确定研究范围内织构参数的最优组合。结果表明：影响切削力的主次因素为B>A>C,最佳微槽织构参数组合是A为12.5μm、B为30μm、C为275μm。与无织构钻削刀具相比,最优组合的织构刀具可使切削力降低16.4%。