提升机动载荷作用下井塔振动分析与寿命预测

论文摘要

提升机是井塔中的动载荷,通过提升机可以将矿物从地下提升到地表,产生经济价值,由于在设计和制造提升机械和井塔时,没有研究机械本身的动力特性,所设计的井塔也往往忽略研究机械的动力特性与井塔的关系。当井塔的固有频率与提升机的干扰频率相接近时,容易产生共振,井塔结构遭到破坏,墙体产生裂缝,使用寿命受到影响。因此,必须对井塔结构的动力特性进行研究,对井塔进行振动控制,这样才能延长井塔的使用寿命。本文对井塔振动原因进行了分析,利用ANSYS建立井塔的三维有限元模型,对井塔进行了模态分析,并通过模态分析得到了井塔的频率和振型。进行模态分析后,对井塔结构进行谐响应分析,得出结构在工作频率激励下的谐响应结果,分析井塔在动载荷下外墙容易破碎的危险区域(即外墙一层二层、二层三层结合处),得出了井塔结构中围绕最大等效应力的区域是危险区域的结论。通过降低混凝土刚度的方法假设出井塔结构中混凝土的损伤区域,分别求解出不同损伤程度情况下井塔的固有频率。利用神经网络的方法确定损伤程度。以诊断出的损伤区域为研究对象,以它们可能出现的不同损伤程度下的结构固有频率作为神经网络的输入,并以相应井塔的损伤程度(寿命)为输出训练网格,改变混凝土标号对损伤处进行加固,对井塔振动进行控制,用训练好的网格对新结构的寿命进行预测。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 2 井塔振动原因分析
• 2.1 提升系统简介
• 2.1.1 摩擦式提升机
• 2.1.2 矿井提升机的提升速度和加速度
• 2.2 井塔结构的力学分析
• 2.2.1 井塔结构的静力分析
• 2.2.2 井塔结构的动力分析
• 2.3 旋转式机器扰力
• 2.3.1 静平衡设计
• 2.3.2 动平衡设计
• 2.4 本章小结
• 3 井塔结构振动分析基本理论
• 3.1 多自由度系统的振动
• 3.1.1 多自由度系统的振动
• 3.1.2 系统对初始条件的响应
• 3.1.3 无阻尼系统对任意激励的响应
• 3.1.4 有阻尼系统对任意激励的响应
• 3.2 多自由度系统振动的近似解法
• 3.2.1 瑞利（Rayleigh）能量法
• 3.2.2 里兹（Ritz）法
• 3.2.3 邓可莱（Dunkerley）法
• 3.3 多自由度系统振动的数值计算方法
• 3.3.1 有限元方法简介
• 3.3.2 有限元的基本过程
• 3.3.3 结构动力响应的有限元分析
• 3.4 本章小结
• 4 井塔结构的动力学仿真分析
• 4.1 ANSYS 在动力学仿真分析的基本方法
• 4.2 井塔结构的力学模型建立
• 4.3 井塔的有限元模型
• 4.3.1 几何模型
• 4.3.2 材料模型
• 4.3.3 单元类型
• 4.4 井塔结构静力分析
• 4.5 井塔的模态分析
• 4.5.1 固有频率
• 4.5.2 模态振型
• 4.6 井塔的谐响应分析
• 4.6.1 激振力的确定
• 4.6.2 结构的谐响应分析
• 4.7 本章小结
• 5 混凝土损伤区域设定及井塔寿命的预测
• 5.1 混凝土的损伤过程
• 5.2 混凝土材料的疲劳寿命公式
• 5.3 混凝土损伤变量
• 5.4 混凝土损伤区域设定
• 5.4.1 损伤区域的设定
• 5.5 人工神经网络简介
• 5.5.1 人工神经元模型
• 5.6 BP 神经网络及BP 算法
• 5.6.1 BP 神经网络模型
• 5.6.2 BP 学习训练法则
• 5.6.3 经典BP 算法
• 5.6.4 神经网络在matlab 中的实现
• 5.6 本章小结
• 6 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集