基于FEM-DEM弛张筛面和料群耦合系统动态特性研究.pdf
《基于FEM-DEM弛张筛面和料群耦合系统动态特性研究.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于FEM-DEM弛张筛面和料群耦合系统动态特性研究.pdf(11页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、 第 卷 增 煤 炭 学 报 年 月 基于 弛张筛面和料群耦合系统动态特性研究宫三朋,吴 涛,高有进,明平美,张家康,张业明,王新文(河南理工大学 机械与动力工程学院,河南 焦作;郑州煤矿机械集团股份有限公司,河南 郑州;中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院,北京)摘 要:针对潮湿细粒矿物在大挠度弹性筛分过程中存在料群堆积及筛面受力较大的问题,提出多球激振联合弹性筛分技术,探究筛分过程中弛张筛面和料群耦合系统在激振球作用下的动态特性。基于有限元法建立空载条件下筛面的运动学仿真模型,分析筛面的运动学特性;利用有限元和离散元耦合技术,探究料群对筛面运动学特性的影响规律;提出激振球作用下筛面与料群
2、耦合系统的仿真模型,分析不同激振球个数作用下筛面及料群的动态特性;设计 因素、水平正交试验方案,利用极差分析和方差分析研究物料颗粒数量、振幅、频率、激振球个数对弹性筛面运动状态和力学特性影响的显著程度;确定重载条件下筛面各因素的最优组合,并验证其准确性。研究结果表明:筛上料群特性对筛面的振幅具有较大影响,当筛面振幅的降低到一定程度时,会导致筛上物料出现堆积现象;采用多球激振筛面的方法能够减小筛面的挠度变形,使筛面整体位移上升,两端受力减小,加载料群的筛面由类周期运动转变为非周期性混沌运动,且基频振幅组成更加复杂,有利于筛上物料运动的活跃性。正交试验及响应优化结果显示:激振球和物料质量为影响弹性
3、筛面运动学和力学特性的显著性因素,且当激振振幅为 ,频率为 ,激振球个数为 时,重载工况下的弛张筛面位移最大,受力最小。关键词:弛张筛面;料群;耦合系统;多球激振;参数优化中图分类号:文献标志码:文章编号:()移动阅读 收稿日期:修回日期:责任编辑:郭晓炜 :基金项目:河南省重点研发与推广专项(科技攻关)资助项目();河南理工大学博士基金资助项目()作者简介:宫三朋(),男,河南开封人,硕士生导师,博士。:,:引用格式:宫三朋,吴涛,高有进,等 基于 弛张筛面和料群耦合系统动态特性研究煤炭学报,():,():,(,;,;,):,煤 炭 学 报 年第 卷 ,:;潮湿细粒矿物的干法深度筛分是当今选
4、矿行业亟需解决的难题。采用普通刚性筛面振动筛对潮湿细粒矿物进行筛分时,筛面糊粘、堵孔严重、筛分效果差。弛张筛利用其弹性筛面在往复运动过程中产生的大挠度弯曲变形,可有效促进黏附成团颗粒分散,解决潮湿细粒矿物堵孔、团聚板结等问题。研究弛张筛面和料群耦合系统的动态特性对提高弛张筛分级潮湿细粒矿物的能力具有重要意义,该方面研究也引起了学者们的广泛关注。等将弛张筛面简化为一种两端可移动的弹性压杆,建立筛面弹性压杆模型,得到筛面各点动力学方程。宁小波等将弛张筛面视为两端可自由移动的简支梁,提出弛张筛面的弯曲梁模型,并分析筛面张紧量对筛面动力学特性的影响规律。彭利平等考虑筛面在挠曲运动过程中受端部支承轴向压
5、缩会出现失稳状态,建立弛张筛面大挠度非线性变形的动力学模型。等将倾斜的弛张筛面近似为一种悬链线,提出弹性筛面倾斜时的悬链线模型,得到了筛面中点挠度变形表达式。叶大银等将弛张筛面简化为一种由三段圆弧组成的几何模型,建立了筛面的三段圆弧模型。这几种模型的提出阐明了筛面在做弛张运动时的运动学特性,并初步揭示弛张筛面高振动强度形成机理,但在提出时忽略了筛上物料自身重力及冲击力对筛面动力学特性的影响。由于颗粒的运动对筛面的动力学特性具有不可忽视的作用,且筛面上颗粒的运动是一个复杂随机的过程,许多学者利用离散元法对颗粒和筛面耦合系统的动态特性进行了探究。等基于离散元法模拟了多层香蕉上颗粒的运动特性,并分析
6、了筛孔形 状 及 系 统 参 数 对 筛 分 效 率 的 影 响 规 律。等利用离散元法分析了不同材料的筛板对物料筛分过程的影响特性,并探讨了物料的流动性以及筛孔形状等因素对筛分性能的影响规律。等对工业型振动筛进行了数值模拟,分析了系统参数对不同形状颗粒筛分效率的影响规律,并利用筛分实验验证模拟的合理性。可见,离散元法可有效模拟刚性筛面筛分过程中颗粒的运动学特性。但由于弛张筛面在筛分过程中做大挠度弹性弯曲变形运动,常规的 数值模拟方法难以用于分析弛张筛面和料群耦合系统的动态特性。张新、等基于悬链线理论对弛张筛面近似柔性化处理,并利用 和 软件对料群和弛张筛面双向耦合特性进行联合仿真,分析了偏心
7、质量、筛面倾角和入料粒度组成对筛分效率、生产率和颗粒运动速度的影响规律。由于近似化处理弹性筛面运动存在一定的误差,陈宝兴等结合有限元法和离散元法的优点,提出了可描述弛张筛面在重载条件下动力学特性的 联合仿真方法,研究了单颗粒在弛张筛面上的运动轨迹以及筛面加速度对颗粒运动和透筛的影响特性,但未探究料群增刊 宫三朋等:基于 弛张筛面和料群耦合系统动态特性研究运动对筛面动力学特性和受力情况的影响规律。针对上述研究,笔者基于 耦合方法构建筛面和料群耦合系统动态特性仿真模型,对比分析筛面在空载和重载条件下的动力学和力学特性;构建激振球、筛面和料群耦合系统仿真模型,探索多频激振下筛面和料群的运动学特性;设
8、计 因素、水平正交试验,利用极差分析和方差分析,揭示诸多因素对筛面中点位移及两端受力影响的显著程度;利用响应优化方法拟合出筛面重载状态下各因素的最优组合,并利用仿真试验验证优化结果的合理性。筛面与料群耦合系统仿真模型的建立 有限元法和离散元法联合仿真原理由于利用离散元法仿真分析柔性体运动存在局限性,为探究柔性弛张筛面和料群相互作用下的运动特性,结合有限元方法()和离散元法()的优点可有效模拟颗粒之间以及颗粒与筛面之间的相互接触运动,在实现了筛面大挠度弯曲变形的同时,还可传递颗粒与筛面之间的双向耦合数据,者联合仿真分析原理如图 所示。图 联合仿真原理 筛面在工况下发生连续变形,其外力所做功等于筛
9、面所储存的应变能,由弹性力学可知这种应变能与筛面的最终应变相关。取筛面微元研究,位移、应力、应变的相互关系可用式()表示:()其中,分别为 方向正应变与剪应变分量;,分别为 方向正应力与剪应力分量;,分别为 方向位移;,分别为长度、宽度、厚度的弹性模量;,为弛张筛筛板泊松比;,为剪切模量,相关信息较少。为简化计算复杂性,将泊松比设置与普通橡胶材料相同,并依据()计算剪切模量。当筛面上方加载料群后,为探究工况下颗粒之间位移、速度等动态参数,根据牛顿第二定律,可得颗粒之间的运动方程:()()()式中,分别为球形颗粒的质量和转动惯量;为移动速度;为颗粒接触总数;,分别为法向作用力和法向力矩;,分别为
10、切向作用力和切向力矩。煤 炭 学 报 年第 卷根据 接触模型,分析颗粒与颗粒间的接触力通过沿法向方向的弹簧阻尼器模型和沿切向方向的弹簧阻尼器滑块模型来描述,基于此研究物料颗粒与筛面接触,将 者进行耦合,探索 者之间的动力学特性。笔者采用软球模型,接触面存在一定侵入量,利用 接触模型定义颗粒的接触属性,得出颗粒法向接触力关于法向位移为 ()()()()式中,和,分别为不同颗粒间的弹性模量、泊松比和半径。基于 筛面和料群耦合系统仿真模型的构建 选取弛张筛中的一块筛面作为研究对象,对其进行三维建模后,导入到 软件中进行有限元分析。由于筛面是由超弹性聚氨酯材料制成,选用 模型描述筛面的材料特性,并进行
11、网格划分,在筛面两端分别施加方向相反的简谐位移()(),模拟空载条件下筛面在拉伸和松弛往复过程中的运动学特性。利用显示动力学分析中的粒子生成技术,通过编码在筛面上方产生颗粒,实现有限元和离散元技术的耦合,从而建立出筛面和料群耦合系统动态仿真模型,其技术流程如图 所示。图 基于 筛面与料群耦合系统仿真模型建立流程 仿真分析及结果讨论 基于 空载条件下筛面运动学特性考虑计算时长及仿真结果的准确性,选取筛面尺寸为 ,筛孔尺寸为 ,筛面厚度为 。采用 模型描述聚氨酯材料的超弹性时,需定义应变能密度函数的 个参数:,;激励振幅 为,激振角频率 为 ;采用六面体单元划分筛面网格,仿真时间为。由于弛张筛面为
12、不可压缩的超弹性材料,以致筛面在激励过程中各点所产生的运动具有一定的随机性,不能选取筛面中线上某一点描述筛面中线上所有点的运动学特性。因此,选取筛面中线上的等间距 点(筛上中线坐标为,)为代表,利用该 点瞬时位移的平均值表示筛面中线整体的瞬时位移,仿真分析结果如图 所示。由图 可知,筛面中点在简谐位移激励下垂直筛增刊 宫三朋等:基于 弛张筛面和料群耦合系统动态特性研究面的做往复运动,一阶固有频率为激振频率,所起到的作用远大于高阶固有频率,但由于高阶固有频率的存在,使得往复运动为多个不同频率简谐运动的线性叠加,说明了常用的几种筛面模型在描述筛面中点运动为周期运动时具有局限性。另外,筛面中点的运动
13、区间为,最大加速度超过了 。然而对于普通的振动筛,其筛分过程中刚性筛面的最大加速度仅为 。该结果表明:相比于刚性筛面振动筛,拥有大挠度弹性筛面的弛张筛在较小激振位移的作用下,可产生较大的振动加速度,有利于增强筛面振动强度及筛上料群的活跃程度。图 筛面中点动力学特性 基于 料群对筛面动态特性的影响在上述弛张筛面有限元模型的基础上,采用 粒子接触模型来表征颗粒之间的接触特性。笔者所选用矿物的密度为 、弹性模量为 、泊松比为、颗粒与颗粒、筛面和挡板之间的摩擦因数分别为,和;利用粒子生成技术在筛面上方生成颗粒,颗粒粒度分布如图()所示,实现筛面与料群耦合系统的仿真模拟,结果如图()所示。由图()可知,
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 FEM DEM 弛张筛面 耦合 系统 动态 特性 研究
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。