直线振动筛的疲劳寿命分析

论文摘要

直线振动筛具有结构简单、振动强度大、筛分效率高、处理能力大等优点,广泛应用于矿山、煤炭、冶炼、建材、化工等领域,用于物料的筛选、脱水、分级等工艺。但由于振动筛在较高振动频率下工作,筛体承受较大的交变激振力,在实际工作中经常出现下横梁断裂,侧板开裂等疲劳破坏,严重影响生产。尤其随着振动筛向大型化方向发展,疲劳破坏更加严重,所以迫切需要在设计阶段进行疲劳寿命分析,提高产品的可靠性。传统的疲劳寿命预测主要针对具体的物理样机进行试验,耗费大量的人力、物力、财力。而且,如果物理样机试验不合格,还要重新设计,反复试验,直至合格。这样造成大量浪费,开发和测试成本大大提高。随着计算机技术的发展,特别是动力学仿真技术和有限元技术的发展,使得其应用于产品疲劳寿命分析成为可能,克服了传统试验法的不足。本文借鉴国内外大量的虚拟疲劳耐久性集成化仿真方法,以某大型直线振动筛为研究对象,对其下横梁和侧板进行了疲劳寿命分析。首先利用Pro/E对某大型振动筛零部件进行三维实体建模、组装和干涉检查;然后,利用动力学仿真软件MSC.ADAMS建立了振动筛的多刚体动力学模型,对其进行仿真分析,获得位移、速度、力等信息,为下横梁、侧板的刚柔耦合动力学分析提供了刚体模型;利用有限元前后处理器MSC.PATRAN,求解器MSC.NASTRAN分别对下横梁和侧板进行自由模态分析,获得固有频率和固有振型,为疲劳寿命分析提供了模态信息和柔性体;而后,在MSC.ADAMS中,分别建立了以下横梁、侧板为柔性体,其它零部件为刚性体的刚柔耦合动力学模型,为疲劳寿命分析的载荷谱提供了模态位移;最后,在疲劳分析软件MSC.FATIGUE中,根据材料的S-N曲线,利用模态应力恢复法分别对下横梁和侧板进行疲劳寿命分析,获得其疲劳寿命云图和结构危险部位。通过对该振动筛疲劳寿命分析结果与实际破坏情况相比较,二者相互吻合,说明这种虚拟疲劳耐久性集成化分析系统应用于振动筛的疲劳寿命分析是可行的,它能够减少物理样机的数量,缩短产品的开发周期,进而降低开发成本,提高市场竞争力。同时,本文的研究对振动筛的可靠性设计具有一定的参考和借鉴价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究动态
• 1.2.1 直线振动筛强度的研究现状
• 1.2.2 基于计算机技术的疲劳寿命的研究动态
• 1.3 本文主要研究内容及技术路线
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 技术路线
• 第二章 直线振动筛疲劳强度研究
• 2.1 疲劳简介
• 2.2 直线振动筛疲劳分析基础理论
• 2.2.1 振动筛疲劳类型和疲劳寿命预测方法的确定
• 2.2.2 名义应力法
• 2.2.3 材料S-N 曲线
• 2.2.4 疲劳累积损伤理论
• 2.3 直线振动筛的虚拟疲劳寿命分析
• 2.3.1 虚拟疲劳寿命分析流程及实现过程
• 2.3.2 直线振动筛虚拟疲劳寿命分析的流程
• 2.4 本章小结
• 第三章 直线振动筛的结构、工作原理及力学模型建立
• 3.1 直线振动筛结构
• 3.2 直线振动筛的工作原理
• 3.3 直线振动筛运动学参数的选择
• 3.4 直线振动筛力学模型的建立
• 3.5 直线振动筛的动力学计算
• 3.6 本章小结
• 第四章 直线振动筛的动力学仿真分析
• 4.1 概述
• 4.1.1 多体系统动力学简介
• 4.1.2 ADAMS 模块功能及仿真计算流程
• 4.2 创建振动筛三维实体模型
• 4.3 创建直线振动筛动力学仿真模型
• 4.3.1 模型导入
• 4.3.2 创建约束副、驱动及载荷
• 4.3.3 模型检验及仿真分析
• 4.4 仿真结果分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 直线振动筛零部件的模态分析
• 5.1 振动筛零部件模态分析的理论基础
• 5.1.1 模态分析理论
• 5.1.2 振动筛系统的固有频率和振型
• 5.1.3 模态分析软件及步骤
• 5.2 振动筛下横梁模态分析
• 5.2.1 下横梁有限元模型的建立
• 5.2.2 下横梁模态分析结果
• 5.3 振动筛侧板模态分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 直线振动筛疲劳寿命分析
• 6.1 MSC.Fatigue 疲劳分析软件简介
• 6.2 下横梁的刚柔耦合动力学仿真
• 6.2.1 ADAMS/Flex 简介
• 6.2.2 下横梁刚柔耦合动力学仿真
• 6.3 下横梁的疲劳寿命分析
• 6.3.1 模态载荷谱
• 6.3.2 材料的疲劳属性
• 6.3.3 疲劳寿命分析
• 6.3.4 疲劳结果分析与验证
• 6.4 侧板的疲劳寿命分析
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文总结
• 7.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文