卧式振动离心机的动力学分析与响应测试

通过建立卧式振动离心机的动力学模型,对离心机的幅频特性进行了研究。对卧式振动离心机的前10阶振动模态进行了有限元仿真,通过实验测试得到了筛篮的振动模态及稳态响应加速度幅值。结果表明：卧式振动离心机的第5阶固有频率为2198 Hz,筛篮的第1阶固有频率为2057 Hz,分别比振动电机的振动频率低906%和1489%;空载时筛篮的稳态响应加速度幅值为562 m/s2,当加工物料质量为290 kg时,筛篮的稳态响应加速度幅值为586 m/s2,其吸振效果比空载时提高了427%。     

纵轴式掘进机横向和纵向随机振动响应的分析

为分析纵轴式掘进机在随机激励作用下的振动特性,利用拉格朗日方法建立其随机激励作用下横向和纵向的运动微分方程,以国产某型掘进机为例,针对截割头所受随机激励产生的随机振动,运用虚拟激励法导出了掘进机横向和纵向振动响应的数学模型,并利用Matlab汇编语言赋值求解,获得了该掘进机系统的固有频率和3阶振型以及在随机激励作用下截割头、悬臂和机体的位移响应特性。研究结果表明:系统的固有频率集中在低频7 Hz内,第2阶固有频率对掘进机振动影响较大。在外随机激励作用下,截割头和悬臂的横向位移响应幅值略小于纵向,机体的纵向位移响应幅值明显大于横向。为验证结论的可靠性,利用ADAMS对掘进机多刚体动力学模型仿真,理论值、模型仿真结果和实验数据较接近,证实该方法研究掘进机的随机振动可行。     

矿山爆破振动载荷下框架结构的动力响应分析

针对矿山爆破振动对邻近建筑结构的影响,对现场的爆破振动进行了监测,运用动力有限元法建立了包括确定爆破激振力的作用位置、大小和时程特征等爆破加载模型。采用ANSYS/LS-DYNA软件分别将爆破振动波输入建筑结构模型进行数值计算,通过建筑结构在爆破载荷作用下的结构自振周期随阶数变化和加速度、速度和位移时程曲线及各楼层测点的加速度放大系数的变化,分析了某矿办公楼对爆破振动的动力响应情况。研究结果表明:在模态4阶之前自振周期下降较快,5、6阶比较平稳,7阶后自振周期缓慢变小并趋于平稳,且模型的高阶振型出现扭转效应。随着楼层增加框架结构对矿山爆破振动响应的加速度增大的趋势。     

新型振动流化床的动态特性及试验研究

振动流化床的动态特性是保障良好分选性能的基础,其关键是在模态分析的基础上分析系统的动力响应。采用简化的四自由度多刚体模型从理论上分析了振动流化床的动态特性。利用拉格朗日方程建立该模型的运动微分方程,并对其主体结构进行模态分析,得到了固有频率和模态振型。在模态分析的基础上,分别计算不同相位差的谐波激励下的动力响应,得到了工作频率下相位差与位移响应的关系。通过振动流化床的动态试验验证了动态特性的理论分析结果。试验结果表明试验获得的二阶固有频率为5 Hz,一阶固有频率被二阶固有频率淹没,并证实了位移响应和角位移响应之间存在一定的相位差,相位差是引起摆动的重要原因。为改善振动流化床的动态特性提供了理论依据参考。     

振动筛七自由度动力学仿真

以单层香蕉筛为研究对象,根据实际情况建立起七自由度动力学模型,包括筛身的垂直、俯仰和侧倾,以及4个底座的垂直运动。接着,将建立起的2阶微分方程转化为由状态方程和输出方程组成的状态空间表达式,并在Matlab/Simulink模块中搭建其系统模型,得出位移、速度和加速度曲线,从仿真结果得出位移最大值与设计振幅8 mm接近,从而证明动力学模型的正确性,对其振动特性的研究具有一定的指导意义。     

露天矿边坡开挖爆破震动动力响应分析

介绍了某露天矿高陡边坡计算模型的概化方法、建立方式.利用自编程序,将爆破震动实测速度时程曲线转化为加速度时程曲线作为计算荷载,对该边坡爆破开挖进行了ANSYS有限元应力、位移、速度响应时程分析.分析结果表明,尽管此次爆破的震动速度最大值超标,各种应力在坡脚底部存在应力集中现象,但各应力值都较小,边坡没有发生任何塑性变形;随着爆破规模的增大,出现了明显的放大效应和惯性滞后效应.     

立式粉磨机立柱模态与谐响应分析

以立式粉磨机立柱为研究对象,采用有限元软件ANSYS对立柱进行模态分析,得到立柱的固有频率和相应的主振型。为了解各阶频率对结构响应情况,对立柱进行了谐响应分析,得到立柱可能在27 Hz附近发生共振。根据分析结果对立柱进行改进,使得立柱第1阶固有频率提高到28.66 Hz,立柱第2阶固有频率提高到29.91 Hz,有效地避免了共振的发生。研究结果为提高立式粉磨机立柱的动态性能及再设计提供了理论依据。     

考虑多模态效应的双层柱面网壳风振响应计算

利用CQC算法,分析双层大跨网壳风振位移响应。分析表明:高阶模态贡献不可忽略;网壳位移响应可以分解为横向振动和竖向振动,利用模态广义位移协方差矩阵分析模态耦合效应,竖向振动模态耦合效应大,而横向振动模态效应较小,整体振动模态耦合效应不可忽略。绘出网壳上部节点位移风振系数等值图,风振系数分布不对称,最大值区域在跨度的1/3处。     

输入转速不一致对机电短程截割传动耦合轮系动态特性的影响

为解决采煤机截割部摇臂箱体变形导致传动系统失效的问题,提出了由多台电动机、耦合轮系和行星轮系构成的机电短程截割传动系统。耦合轮系汇集多台电机的动力,其动态性能影响系统的承载能力和使用寿命。分析了引起耦合轮系输入转速波动且不一致的原因,在输入转速波动且相位差恒定的情况下,通过仿真研究了输入转速不一致对耦合轮系动态特性的影响规律。机电短程传动系统中的制造装配误差、多台电机转速响应的差异等因素可使耦合轮系输入转速波动且不一致。输入转速波动且不一致使耦合轮系的动态啮合力出现低频波动,且各个传动路线中的动态啮合力的相位不同;随输入转速不一致程度的增加,动态啮合力波动幅度增加。动态啮合力的低频波动使得作用在主动齿轮上的载荷出现低频波动,影响主动齿轮的切向和径向振动加速度;输入转速不一致程度由0增加至0.005时,切向振动加速度增大11.89 m/s2,径向振动加速度增大7.07 m/s2,输入转速不一致对切向振动加速度的影响更大。进行了机电短程传动系统的动态特性实验,耦合轮系存在输入转速波动且不一致的现象,测得的耦合轮系输入轴振动加速度的时域特征与仿真结果的相近,振动加速度幅值谱的主要频率成分与仿真结果的相似,验证了仿真结果的合理性。     

基于ANSYS的齿轮传动系统不平衡响应分析

齿轮传动系统的振动是影响离心压缩机工作的重要动力性能之一,也是导致其发生故障的主要原因;为了研究其振动和稳定性,针对单级离心压缩机齿轮传动系统,应用有限元分析软件ANSYS分别就耦合和非耦合两种状态下的模态和不平衡响应进行分析,得出了耦合对系统的振动响应的影响。结果表明,在考虑系统的不平衡响应时应以整个系统为研究对象,而不能只考虑单个齿轮系统的不平衡响应。     

一种全新矿用高弹性联轴器动态性能的研究

用试验和理论相结合的方法,提出了建立新型矿用高弹性联轴器恢复务动态模型与参数辨识方法和技术,由此建立其恢复力学数学模型,用此模型研究和描述联轴器动态特性,研究表明,弹性恢复力是非线性单值力,是刚度函数的函数,阻尼力是双值非线性力,是阻尼函数和阻尼成分函数的函数,阻尼成分函数和阻尼函数概念的,使得模型能反映阻尼成分的组成和阻尼的大小变化规律,能全面地揭示联轴器中阻尼的变化情况,滞回线的形状和宽窄由模型中参数控制,这种联轴器的阻尼成分丰富,既有粘性阻尼,又有干摩擦阻尼的“高阶”阻尼。通过研究了解了联轴器的动态特性,为设计宽频多工作区奠定了动力学基础。     

具有液力藕合器的带式输送机动力学的仿真

用有限单元法建立了带式输送机系统纵向振动的动力学模型,用MATLAB/SIMULINK软件的神经网络工具箱建立了电机配液力耦合器的驱动系统仿真模块。对建立的带式输送机动力学系统的数学模型应用SIMULINK软件建立仿真模型,通过合理的设置仿真参数,对带式输送机的起动过程进行仿真,计算出输送机在起动情况下任意时刻输送带任意截面的位移、速度、加速度和张力,以控制输送机起动过程的稳定性和安全性。     

破碎岩体非达西渗流的非线性动力学分析

基于多孔介质的有效应力原理,建立起饱和破碎岩体非达西渗流流固耦合的非线性动力学模型,并对其一维解耦动力学方程进行无量纲变换,通过逐次亚松弛迭代法,得到其收敛于平衡态的孔隙压力及渗流速度时间序列.分析了系统在不同控制参数下的动力学响应,并给出了其相轨线图案.研究表明,渗流速度时间序列曲线存在周期2轨道,当非线性项参数递增或系统远离平衡态时,系统会发生渐进失稳,引发水渗流动力灾害.     

顶板冲击载荷作用下巷道支护体系动力响应特征研究

基于某矿实际地层分布与巷道支护情况,建立了全围岩煤矿巷道和邻近采空区巷道的动力学数值模型,分析了巷道上方不同位置冲击动力下巷道围岩和支护体系的动力响应规律以及邻近采空区小煤柱护巷对巷道支护防冲的影响.研究结果表明:巷道正上方坚硬顶板冲击动力下,巷道直接顶围岩质点运动速度和冲击力最大,随着冲击动力源沿顶板展布方向偏离巷道...     

单颗粒煤岩冲击放顶煤液压支架尾梁动态响应分析

综合机械化放顶煤开采过程中煤岩垮落产生的冲击载荷会导致放顶煤液压支架的运动状态发生变化,严重时会导致综放设备的冲击破坏。为研究放顶煤液压支架尾梁受到煤岩冲击后的动态响应及受力情况,利用机械系统动力学分析软件Adams建立放煤机构的刚柔耦合模型,通过固液弹簧耦合理论计算出尾梁平衡千斤顶的刚度并用弹簧阻尼系统进行等效替换。采用"煤岩直冲"的方式对尾梁进行加载,并引入Hertz接触理论确定接触参数。基于此模型,模拟煤岩颗粒冲击承载区不同位置以及在不同放煤角条件下冲击尾梁的动态过程,最后通过与刚体冲击方式下的仿真结果对比,验证了所用方法的可靠性。结果表明,煤岩冲击承载区不同位置时,尾梁的动态响应量及碰撞接触力有差异,冲击位置位于尾梁-弹簧连接处附近区域时,碰撞接触力较小,而尾梁的最大速度、加速度、振幅较大,在所有动态响应量中,最大振幅的变化规律最明显,随着冲击点位置远离尾梁-掩护梁铰接处附近区域,最大振幅稳定上升;当放煤角逐步增大时,尾梁的动态响应量及接触力均减小,尾梁的振动特性变弱,当放煤角较小时,煤岩冲击尾梁后会产生数值巨大的碰撞接触力。可选取尾梁的振幅响应作为反馈量对尾梁进行动态监测,同时应针对碰撞接触力较大的情况在放煤机构的设计制造中对其进行强度校核及结构优化,避免尾梁及其连接处冲击破坏情况的出现。     

煤岩振动破坏过程中自振频率变化特征研究

动力扰动促使煤岩破坏失稳是其导致煤岩动力灾害事故频发的主要原因,分析外界扰动对煤岩稳定性的影响对灾害的预测与防治具有重要意义。利用大型振动试验装置和自振频率测试系统,对煤岩体在底板扰动破坏情况下自振频率的变化特征及其与稳定性的关系进行了研究。结果表明：在振动影响作用下,煤岩体裂隙扩展,损伤程度加大,造成刚度系数的降低和阻尼比系数的上升,进而导致试件整体自振频率呈现下降趋势,且下降的速率与动力扰动的加速度和频率密切相关,并出现煤岩结构体与其中煤体分层自振频率不一致的现象。根据试验结果从调整扰动源和煤岩体两个角度提出了防止或减弱动力扰动对煤岩动力灾害诱发影响的合理化建议。     

1000 m深海采矿系统三维整体联动动态分析

1000m深海多金属结核开采试验系统的主体结构由采矿船、扬矿硬管、扬矿泵、中间仓、软管和集矿机等构成,系统各部分相互运动耦合。运用非线性有限元方法,将扬矿系统各部分等效为不同属性的管单元,建立了1000m海洋采矿试验系统整体联动分析的有限元模型,进行了系统整体联动的动力学数值模拟,得到不同联动模式下系统的运动特性与扬矿管的各种动态响应。研究结果表明：系统在设定的联动模式下以0．5m／s的速度联动时,中间仓的拖曳轨迹与船的运动轨迹基本一致;扬矿硬管上端水平作用力在转弯运动过程中变化较大,而垂直方向上的动态拉伸力呈稳定的交变力;扬矿硬管的弯曲应力较小,轴向应力较大。     

破碎岩体流固耦合渗流的分岔

利用承压破碎岩石非Darcy渗流的渗透特性试验规律,对破碎岩体渗流动力系统进行了应力场与渗流场耦合的分岔行为研究.根据多孔介质的有效应力原理建立了含有孔隙度及孔隙压力等渗流物理量的应力场控制方程;考虑流体与固体骨架各自的运动速度,分别建立了流体非Darcy渗流的运动方程以及固体骨架和流体的连续性方程,推导出含有应力场体积应变的渗流场控制方程;得到了垮落破碎岩体由自然堆放状态过渡到压实状态时的弹性流固耦合一维非Darcy渗流的非线性动力学方程组,分析并求解了渗流系统的平衡态,利用逐次亚松弛迭代法分析了平衡态的稳定性,得到了无量纲化孔隙压力、渗流速度随参数变化的动力学响应,指出破碎岩体渗流动力系统存在鞍结分岔.在分岔点处任意微小的扰动易诱发渗流失稳,引发突水等动力学灾害.     

煤岩体振动破坏试验及微震信号特征

通过所搭建的大型振动试验装置和微震监测系统,探究不同激励加速度和频率条件下整体煤岩试件的振动破坏特性。利用希尔伯特-黄变换(HHT)对煤岩体受迫振动过程中的监测信号进行了模态分离和信号重构,并结合振动力学知识着重阐释了共振放大效应产生的机理。研究结果表明：微震传感器监测信号具有明显的载波特征;当激励加速度峰值达到一定水平(0.5g)时,煤岩试件出现有效微震信号,首次破裂发生在煤层中,信号随传播距离的增大而衰减;随着裂隙的产生和扩展,煤岩试件自振频率降低,当激励频率等于煤体自振频率时,试件会产生共振放大效应,微震信号明显增强;激励加速度和激励频率对微震信号均有影响,激励加速度峰值越大、激励频率越接近自振频率,则微震信号越密集、幅值越大,且出现了优势频段向低频转移的趋势;理论分析解释了上述现象产生的原因。     

干耦合超声波测试技术及其岩石动静参量测试应用

岩体非线性特征随深度增加不断凸显,其力学参量现场实时精确测量及长期监测,为地应力解除过程中岩体变化特征及应力监测提供了必要的基础。然而目前岩石力学参量测定多基于室内力学试验,时效性及拟合方法都会对测试结果带来误差。传统耦合超声波发射、接收探头对接触面平整性要求高,无法实现布置于现场钻孔内的长效监测。基于干耦合点接触声波探头测速技术,通过对声波发射、接收探头设计,电路板稳定性及去噪算法研究,研发出具有瞬时采集、无线传输功能的数字化波速采集系统。通过对同一区域取自现场加工的?50 mm×100 mm花岗岩岩样及地应力解除岩芯,分别进行室内力学试验及波速测定,以计算获取相应静态、动态弹性模量。结果表明:首先,自研发基于干耦合点接触声波测速采集系统,对不同工作接触面适应性较好,数据误差在规范允许范围内。其次,对于同一区域相同岩性不同尺度、形态的岩样,其动态、静态弹性模量关系彼此间具有适用性。这就为现场基于干耦合点接触声波测速计算获得的岩体动态弹性模量,推算其静态弹性模量提供了依据。进一步的,基于干耦合点接触声波测速数字化采集系统,岩体动、静态力学参数在现场地应力岩芯解除过程及岩体长期监测过程中的实时采集及分析研究,具有一定的可行性。