掘进机截割头镐齿设计与有限元分析

按照掘进机截割头设计要求完成截割头运动规律分析,镐齿的空间排列与载荷计算,并对镐齿进行有限元分析。     

掘进机截割速度变化过程分析

为更准确地探讨截割头对掘进机截割性能的影响规律,提高掘进机截割效率,延长截割头及截齿使用寿命,该文用显示动力学对掘进机截割头截割煤岩时过程进行分析。以Creo、ANSYS/LS＿DYNA为模拟计算程序,截割头平行截割工况下进行模拟,利用不同速度进行分析比较,通过观察截割头的应力云图及受力情况,做出了梳理及总结,为掘进机截割头的设计工作及使用效率优化提供了理论依据。     

基于弹-塑-断裂理论的镐型截齿截割机理研究与实验验证

为研究镐型截齿在截割煤岩过程中的截割机理,建立镐型截齿外轮廓的数学模型,基于弹性力学、塑性力学和断裂力学等理论,提出了煤岩截齿截割力作用下发生弹-塑-断裂失稳理论模型,以此来描述截齿截割煤岩机理,并依据理论模型分别推导出煤岩在弹性变形、塑性变形和断裂失稳状态下截齿截割力以及煤岩应力表达式。最后采用自主搭建实验设备进行不同截割倾角的镐型截齿截割煤岩实验,实验结果表明:煤岩在截齿截割力作用过程中,随着截齿截割深度的增加,截齿与煤岩的接触面积逐步增大,煤岩存在弹性变形阶段、塑性变形阶段以及断裂失稳阶段并与理论模型相符;截割倾角为90°、75°、60°时,截齿截割阻力理论值与实验值的均方根误差分别为0.082 kN、0.199 kN、0.204 kN,理论值与实验值相差较小,验证理论模型的正确性。     

镐型截齿截煤过程及受力分析

为进一步了解镐型截齿的磨损原因,对截齿截割煤岩过程和受力情况进行分析,将截齿看成是悬臂梁,进行受力计算和结构分析,所得结果为截齿的结构设计提供了重要的参考。     

掘进机截割头体、截齿座焊接组对工装的设计

在煤炭、铁路、公路、水利等行业高效自动化、智能化采掘的今天已广泛使用掘进机进行巷道掘进。截割头是掘进机进行截割煤岩、半煤岩、岩石的关键部件。随着研发人员对煤岩、半煤岩、全岩破岩机理的不断深入研究,对截割头的设计要求更加科学化、合理化,对制造的要求更为精细化。为适应不同型号截割头的设计要求,针对满足小批量多品种生产的需要。设计出满足各种参数要求的截割头体、截齿座焊接组对工装,解决了工装定位准确性、通用性的难题。     

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。     

纵轴式截割头截齿布置对破岩载荷规律的影响

为了研究截齿布置对纵轴式截割头破岩载荷规律的影响,在建立截割头破岩载荷数学模型的基础上,对3个不同截齿布置参数的截割头破岩载荷进行了仿真,得到了载荷波动曲线及其相关统计量.仿真结果表明载荷存在2个频率的波动：低频波动由螺旋线头数及其包角决定,波动频率等于螺旋线头数与截割头转频的乘积;较高频率的波动由截齿的不连续性引起,波动频率以截割头转频为基频,其大小与截齿周向间隔角有关;同等条件下,随着截齿周向间隔角θ_i的增加,载荷R_a,R_b,R_c,M_c的峰值和平均值依次增加,但其均方差和波动性系数依次减小.根据仿真结果总结出载荷波动频率的理论计算公式,这对纵轴式截割头的设计研究具有重要的理论指导意义．     

纵轴式掘进机截割头的设计

本文介绍了纵轴式掘进机截割头的设计原则,讨论了提高截割头截割效率的合理方案,提供了设计用的主要数据。     

掘进机截割头截割性能数学模型的研究

为对掘进机的截割头进行优化设计,通过分析掘进机在工作过程中的性能参数,建立掘进机截割头的数学模型,计算出理想情况下掘进机截割头的截割功率、生产率,掘进截割速度、截割头的转矩、瞬时截割率以及截齿消耗。通过Matlab软件对仿真数据和实测数据进行对比分析,验证所建立的数学模型可以作为掘进机性能预测的方法。     

基于ANSYS的纵轴式掘进机单个截齿分析

悬臂纵轴式掘进机在半煤岩巷或中硬及以下的全岩巷道掘进中有着广泛的应用。本文针纵轴式掘进机,基于ANSYS有限元分析方法,结合EBZ-75型掘进机的工况,对其在截割工作时的重要受力部分截齿进行研究,建立了单个截齿的分析模型,对其受力变形及应力云图进行分析。为生产实践及截割部的设计奠定基础。     

微超声振动细胞切割系统中变幅杆的分析与设计

针对细胞微超声振动切割系统对超声变幅杆的要求,将等截面圆柱形阶梯变幅杆的一端替换成圆锥形变幅杆构成一种复合圆锥阶梯形变幅杆。由任意变截面杆纵向振动的波动方程出发,推导了复合圆锥阶梯形变幅杆的基本理论参量,设计了超声变幅杆的基本结构,给出其制造尺寸。并应用有限元法对变幅杆进行了模态分析,得到了共振频率和位移节点等重要参数。     

船用齿轮箱动态响应及抗冲击性能数值仿真

采用三维冲击／动力接触有限元法计算轮齿的时变啮合刚度和啮合冲击激励，用简谐函数模拟齿轮误差及外部加速度激励。综合考虑由轮齿刚度激励、误差激励和啮合冲击激励引起的内部动态激励以及由冲击加速度引起的外部激励的影响，建立了齿轮箱动力分析有限元模型。应用I—DEAS软件计算了齿轮箱的固有模态，并对齿轮箱承受内部激励和外部激励时的动态响应进行了数值仿真，得出了各种激励下齿轮箱的动态应力，为船用齿轮箱抗冲击能力的确定提供了理论依据。     

基于CEL法的EPB切刀切削土体仿真分析

针对盾构机切刀切削土体仿真收敛困难、仿真结果震荡严重等复杂非线性问题,利用大型非线性有限元软件建立切刀切削土体有限元模型,并利用欧拉-拉格朗日耦合法(CEL法)对模型进行求解.利用CEL法得出的切削力大小约为80N,单元失效法(EF法)和自适应网格划分法(ALE法)的结果均约为50N,而利用理论公式计算出切削力大小约为78N,即文中方法结果更接近理论解.且发现CEL法得到的切削力比EF法和ALE法得到的结果收敛快、震荡小.最后,通过研究有限元网格大小对仿真结果的影响,发现CEL法相对于EF法和ALE法对网格大小敏感性低,一定程度上提高了切削土体计算效率.总之,所提出方法更适合工程实际中盾构机切刀切削土体仿真分析.     

变厚度轮辐强力旋压成形过程的分析

利用ABAQUS/Explicit模拟了变厚度轮辐双道次强力旋压过程,给出了建模和分析结果.轮辐旋压成形伴随板坯的剧烈减薄,收口区域较难成形,减薄率达50%,在计算中,轮辐有限元网格畸变严重,为此运用ALE技术改善网格质量,提高了计算精度.对模拟的旋压轮辐厚度与实验测量值进行了对比,二者吻合较好,验证了计算模型和结果的可靠性.通过ABAQUS/Standard计算了轮辐旋压成形后的回弹变形量和残余应力,分析成形后轮辐等效应变分布及回弹特征,研究发现,回弹变形量与旋压成形时壁厚变化量成正比.     

粘弹性阻尼材料在板结构中的优化计算

为了选择合适的阻尼结构处理方案（包括各种基本结构类型）以求得最佳、最经济实用的效果,采用有限元法通过计算机运算,具有快速及准确性。依据应变能理论,应用有限元法对板阻尼结构进行多种方案的优化计算,以求取粘弹阻尼复合板的结构频率和阻尼系数。经过理论计算和相关的试验,认为此种方法相对实验研究来说,即具有快速及准确性,又具有省时、省力、费用低等优点。尽可能减少原始输入数据的误差,可以提高计算的精确性。     

ECAP细化晶粒法的仿真与分析

ECAP(Equal Channel Angular Extrusion)方法，是实现材料纯剪切变形的有效方法。本文采用有限元（FEA）分析软件ANSYS对Al的挤压过程进行仿真与分析。分析结果表明：外切角Φ、圆角半径、试样与凹模之间的摩擦系数、凹模本身的特性（如弹性模量、泊松比等）等等，对材料的变形量都有不同程度的影响。     

Simulation of an Austenite-Twinned-Martensite Interface

Developing numerical methods for predicting microstructure in materials is a large and important research area. Two examples of material microstructures are Austenite and Martensite. Austenite is a microscopic phase with simple crystallographic structure while Martensite is one with a more complex structure. One important task in materials science is the development of numerical procedures which accurately predict microstructures in Martensite. In this paper we present a method for simulating material microstructure close to an Austenite-Martensite interface. The method combines a quasi-Newton optimization algorithm and a nonconforming finite element scheme that successfully minimizes an approximation to the total stored energy near the interface of interest. Preliminary results suggest that the minimizers of this energy functional located by the developed numerical algorithm appear to display the desired characteristics.     

Soil parameter determination for deep excavation analysis by optimization

Abstract

This paper presents an efficient method of determining soil parameters for finite element analysis of deep excavation. Due to the limitation of soil tests, field measurements are often used to calibrate in‐situ soil properties. This process is time consuming and computationally cumbersome. In this paper, nonlinear optimization techniques are applied to determine the unknown parameters of an objective function, which is defined as the sum of the square of differences between observed and predicted values. The convergence and stability of the optimization algorithm are confirmed by three well‐known mathematical functions and a hypothetical excavation case under varied ground conditions. Finally, a case study is presented to show the reliability of the proposed soil parameter determination procedure.     

UOE焊管成形三维有限元模拟

建立了UOE焊管成形过程的三维有限元模型,模拟具有大变形和复杂接触的成形过程,分析板料各个成形段的回弹,获得了不同成形段板料的变形构形、等效塑性应变分布以及成形载荷的变化。研究结果可为UOE工艺设计以及评估成形机组制管能力提供指导。