齿轮传动系统动力学研究

齿轮故障可以通过齿轮啮合动力学参数表现出来,齿轮啮合刚度和轮齿啮合力对齿轮系统的故障比较敏感,所以研究齿轮动力学啮合参数是对齿轮系统进行精准故障诊断的基础。基于材料力学原理和能量原理建立了求解齿轮时变啮合刚度的理论模型,近一步建立了具有非等齿宽裂纹的齿轮时变啮合刚度理论模型。通过数值仿真,求解了摇臂齿轮在啮合过程的时变啮合刚度;通过对不同程度裂纹齿轮的刚度计算,得出随着裂纹的扩展,齿轮的刚度随着变小的结论。     

基于能量法的露天开采下采空区顶板安全厚度研究

为了确定露天开采下采空区顶板安全厚度,基于力学理论,分析了露天开采下采空区顶板受力特性,建立其固支梁力学结构模型。根据能量守恒原理,推导了由顶板弯曲应变能、水平荷载做功和垂直均布荷载做功组成的采空区顶板结构总能量方程,获得了采空区顶板势能函数解析式。采用突变理论,建立了采空区顶板系统的尖点突变模型,获得了采空区顶板失稳判别式,推导出采空区顶板安全厚度计算模型。对某露天矿采空区顶板厚度进行了应用案例分析,理论计算出的最终采空区顶板临界厚度为11.34 m,与现场安全预警经验值12 m基本一致。表明所建立的采空区顶板安全厚度计算模型合理可行,可为露天开采下采空区顶板安全厚度设计提供一定的理论依据和工程指导。     

基于能量法和有限元法的齿根裂纹缺陷研究

齿根裂纹是齿轮传动系统最常见的一种缺陷类型,会对整个机械设备造成巨大的影响,如带来冲击载荷、降低机械传动系统的刚性和传动比。以直齿圆柱齿轮为研究对象,采用能量法和有限元法分别建立了有裂纹和无裂纹齿轮副的啮合刚度模型,研究齿根裂纹对齿轮刚度的影响情况,并比较分析了能量法和有限元法进行齿根裂纹研究时各自的特点。     

双圆弧齿轮传动动态问题研究的幂级数法

建立了综合反映阻尼、侧隙、误差和变啮变刚度的非线性齿轮振动模型；编制了计算轮齿动载荷和动载系数的计算机仿真程序；并将幂级数求解变系数微分方程的方法引入齿轮振动方程的求解中，从而不仅能更好地反映齿轮的振动情况，而且提高了计算精度，大大减少了计算时间；还对双圆弧齿轮的螺旋角对动载系数的影响进行了较详细的分析，计算与试验有较好的一致性。     

电牵引采煤机摇臂高速区齿轮冲击特性研究

为构建电牵引采煤机摇臂故障诊断和状态监测的力学基础,研究摇臂齿轮传动系统在冲击载荷下的动态特性,建立了摇臂定轴减速器齿轮传动系统的动力学模型。基于摇臂高速区齿轮更容易发生故障的特点,以高速齿轮作为算例,分析了高速齿轮的动态特性。为了更准确地反映齿轮的动态特性,模型仿真时考虑到了齿轮啮合刚度的时变特性。研究结果表明,冲击载荷给齿轮系统的转速和动载荷带来突变,导致了齿轮故障的发生,同时冲击载荷影响齿轮的振动信号幅值,其傅里叶频谱复杂,给摇臂的故障诊断和状态监测增加了难度。     

基于Ritz法和ANSYS的振动筛裂纹梁的损伤识别

将基于功率平衡原理的Ritz级数法应用到损伤梁计算中,计算出简支梁损伤前后的固有频率和振型,并与有限元软件ANSYS对裂纹简支梁分析出的固有频率和振型进行对比,结果表明2种计算方法得到的固有频率和振型基本吻合,各阶固有频率和振型变化趋势基本吻合,最后通过实验对理论计算结果进行了验证。     

复合行星齿轮机构的传动比及啮合效率计算方法研究

将复合行星齿轮机构的传动比和啮合效率计算密切联系起来,即先用速比转换法求出传动比公式,然后根据传动比公式写出效率公式,同时,对传动比法进行了改进。从而提出了一套针对复合行星齿轮机构的传动比和啮合效率计算的新方法。     

基于Steiner最小树相似模拟裂纹扩展与能量传播的机理

采矿工程中上覆岩层裂纹扩展及其分布规律一直是研究的难点,直接影响井下工作高效开展及安全,对于高瓦斯矿井还涉及到瓦斯抽采效率提高问题。基于Steiner最小树模型建立裂纹拓展与能量传播的关系,指出裂纹的贯通拓展是沿着耗能最小而最快释放能量的路径。并建立相似模型试验中的真实裂隙与数学裂隙模型,将问题定义为约束型的Steiner树问题。覆岩破坏形式遵循基于四点以离层裂隙为主导的模型。进一步开展室内三轴加载试验,表明理论和真实破裂角与赋存深度的关系并不明显。从力学机理上分析,局部岩石的破坏面可以由摩尔库仑准则解释,而从能量角度分析,众多不同岩性破裂面组合而成的路径也是最优路径。最后揭示了岩层移动角公式参数的内在涵义,指出修正公式是煤炭地下开采上覆不同部分岩层裂隙拓展的有机统一,是Steiner最小树原理的直接体现。     

岩爆的复合能量动力学机理

发生岩爆受多种复杂因素控制。如何从其现场实录出发,寻找其本质,是一个极其困难的工作。通过对各种岩爆能量机理分析,提出了基于复合能量为根本的岩体快速破裂后能量叠加引起工程围岩体动力破坏的岩爆发生机理。依据岩体裂纹快速起裂的能量判据,分析了裂纹开裂、扩展、贯通到煤岩运动的准静态到动态的过程。从岩体卸荷、流变的特性出发,阐述了基于复合能量条件下的止裂技术在应用于防治岩爆时的理论基础。     

预裂纹岩石材料损伤声发射能量统计特征研究

为了更好地理解岩体结构的基本特性和压缩破坏现象,使用加载设备、声发射系统和高速摄像机对砂岩试件进行了一系列单轴压缩测试。结果表明,砂岩样品的断裂过程分为3个阶段：原始的微裂纹闭合、微裂纹成核和宏观裂纹扩展;完好无损和单裂口试件的损伤能量遵循幂律分布,显示损伤临界。单缝样品的最佳指数(r)约为1.64,略低于完整样品的最佳指数;砂岩试件的拟合幂律指数在实验的不同阶段会发生变化,并逐渐趋于稳定。基于直方图分析和最大似然法,试验裂纹的存在可能会影响损伤能量的统计特性。裂纹倾角对最佳指数影响不大,但对试样的断裂方式有一定影响。研究为工程岩体结构的倒塌破坏预测提供了新的理论依据。     

行星齿轮机构运动分析的列表法研究

列表法简明易懂、是行星齿轮机构运动分析的方法之一。对列表法进行改进,使之不仅能计算各构件的相对转速,还可以用来推导传动比计算公式。     

偏置裂纹对含双裂纹PMMA试件动态断裂影响效应研究

为研究含异长双裂纹试件中次裂纹偏置对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)试件动态冲击断裂行为的影响,采用数字激光动态焦散线系统和冲击加载平台进行动态焦散线试验.记录了裂纹的焦散斑图像和主裂纹的起裂时间.讨论了裂纹缺陷对主裂纹的起裂时间、裂纹扩展最大速度和裂纹尖端动态应力强度因子的影响.试验结果表明:β对主裂纹起裂时间的早晚和主裂纹扩展速度最大值产生了明显的影响,而且这种影响效应会由于主次裂纹位于PMMA试件中线的不同位置而表现出明显的差异性.主裂纹应力强度因子变化规律相似,但达到K最大值的时间表现出了差异.     

基于能量原理的大孤山露天矿西井边坡开挖稳定性动态调控

借助FLAC3D内嵌的FISH语言并基于边坡在开挖过程中的系统能量守恒原理,实现了对露天矿边坡模型在开挖扰动过程中的能量计算,定义了单元体能量损伤变量Du和系统能量损伤变量Ds,结合尖点突变理论并以系统总耗散能作为状态变量,构建了边坡系统的能量突变判据。以大孤山露天矿西井边坡为例,通过能量突变与损伤演化分析、安全系数变化分析、位移场演化分析以及施工成本比较分析,实现了不同治理方案情况下西井边坡开挖稳定性的动态调控并确定了最优治理设计方案。研究表明:能量突变特征值Δ<0是判定露天矿边坡在第ni步开挖后局部围岩系统失稳的充要条件;当西井边坡由-258 m平台开采至-294 m平台时,边坡稳定性受到开挖扰动影响较为严重;通过能量突变与损伤演化分析等上述4个方面分析的综合考虑,建议选用削坡15 m+巷道边坡加固+-210 m平台加固的方案作为西井边坡稳定性综合治理的初步设计方案;能量突变特征值和安全系数随开挖次数的变化趋势具有一致性,验证了利用提出的能量突变判据评价露天矿边坡在开挖过程中的稳定性是合理可行的,为西井边坡在后续开挖过程中局部岩体失稳防治提供了一定的理论参考。     

基于改进多边形评价法的煤矿安全综合评价研究

应用改进多边形评价法对北宿煤矿安全性进行综合评价。建立了北宿煤矿安全评价指标体系,采用层次分析法确定指标权重,利用问卷与专家打分方式对指标进行量化处理,根据指标多边形面积比确定评价对象安全等级。结果表明,北宿煤矿安全等级为"三级",应用改进多边形评价法对煤矿安全进行综合评价方法简单、直观,评价结果可靠、有效,实用性强。     

基于断裂力学和裂纹技术的基体裂纹应用研究

基于断裂力学和裂纹技术的现有成果 ,确定了基体裂纹的定义 ,分析了基体裂纹问题的应力场、位移场 ,获得了基体裂纹应力场和位移场的表达式。对不同材料形成的基体裂纹在拉伸和三点弯曲状态下的几何因子进行了计算 ,理论分析和计算证实了基体裂纹作为人为切口的可行性。     

基于裂纹闭合效应的疲劳裂纹扩展特性研究

依据线弹性力学理论对30NCD材料的裂纹扩展特性进行了研究,研究表明Paris公式能够很好地描述疲劳裂纹稳定扩展阶段的疲劳裂纹扩展速率da/d N与应力强度因子幅度ΔK之间的关系,稳定扩展段的疲劳裂纹扩展参数m=2.5~4,与绝大多数金属材料的疲劳裂纹扩展参数m=2~4的统计结果相符;NASGRO公式能较好地描述该材料从疲劳裂纹门槛值到高速裂纹扩展速率范围内的3种应力比的da/d N与ΔK关系。由裂纹闭合效应获得的有效应力强度因子范围与da/d N的关系表明:3种应力比下的所有数据都较好地关联在同一曲线上,裂纹闭合是引起应力比和裂纹扩展速率相关的主要原因,随着应力比增加,裂纹闭合程度减弱。     

爆破对邻近巷道背爆侧倾斜裂纹影响实验研究

基于常被忽略的爆炸荷载对邻近巷道背爆侧围岩缺陷的扰动问题,采用爆炸加载数字激光动态焦散线试验系统,探究了爆炸荷载作用下邻近巷道背爆侧不同倾角裂纹缺陷的扩展规律。试验结果表明:爆炸荷载作用下,直墙拱形巷道背爆侧倾角θ=30o(逆时针方向为正)的预制裂纹最终扩展位移最大,之后随着倾角增大或者减小,裂纹扩展位移均逐渐减小;弧形断面对应力波的削弱作用小于矩形断面,这导致斜向上预制裂纹扩展位移为关于水平方向对称的斜向下裂纹的2~3倍;能量释放率对裂纹的扩展具有驱动效应,且其随时间基本呈现先振荡增加达到峰值,然后振荡减小为零的规律,但这种振荡幅度随裂纹最终扩展位移的减小而变小。上述的研究为邻近巷道背爆侧经济安全合理的支护提供了理论依据。     

基于KISSsoft的斜齿轮接触特性仿真分析

针对斜齿轮高速重载复杂工况、疲劳寿命要求高等问题,以某斜齿轮传动为研究对象,分析斜齿轮动态啮合接触特性;建立斜齿轮传动三维模型,运用专业齿轮仿真软件KISSsoft对斜齿轮等效应力、接触应力、接触刚度、瞬时温度等动态啮合接触特性参数进行仿真分析。仿真结果表明:随着主动斜齿轮旋转角增加,啮合斜齿面接触应力呈现先增加后减小、再增加最后减小的趋势;沿着齿宽方向呈现先增加后减小的趋势;接触刚度呈现周期性变化趋势;瞬时温度呈现双波峰的变化趋势。为斜齿轮动态啮合接触特性的改善、疲劳寿命的增加提供了理论依据。     

基于能量法判别砂土破坏的力学响应研究

以颗粒流数值软件PFC2D为平台,模拟往复不完全卸载双轴砂土破坏试验,从能量角度将变形过程中的能量变化与剪切带的生成和发展结合起来研究砂土剪切破坏,引入塑性破损指标来量化砂土破坏规律,初步探讨了基于能量法量化砂土的破坏机制,取得了较有意义的研究成果,为基于能量角度来判别砂土破坏,提供一条研究思路。