简化后的几何模型煤的物理性质和几何尺寸对计算结果的准确性具有重要的影响。硬度是指煤抵抗外来机械作用的能力,是重要的物理参数。需要设定煤的弹性模量为3.5GPa,泊松比为0.3,密度为1.8g/cm3,硬度为4莫氏硬度,即为最硬的煤,几何尺寸选择锤式破碎机能通过的最大的尺寸,来保证仿真环境尽可能与锤式破碎机实际工作的情况一致。
刚柔耦合模型核心技术方法为了研究锤式破碎机关键零部件的受力情况,尤其是研究其所受到的动态载荷情况,很有必要建立PROE/ADAMS/ANSYS联合仿真分析平台,而柔性体在联合仿真平台中发挥了重要作用,相当于桥梁和纽带,将动力学仿真软件和有限元分析软件紧紧联系在一起。具体的研究思路:在ANSYS中生成模态中性文件,将此文件代入到ADAMS中,将原来的刚性体进行相应的设置,或者删除或者形成虚构锤式破碎机件的形式,创建导入模型与原模型的约束,使柔性体与刚性体成为一体,然后进一步创建碰撞,创建驱动,进行动力学仿真,仿真完成后,柔性体的颜色有所变化,颜色越深,表示受力越大,同时可以导出lod文件,此文件是载荷谱的形式,包含各个时刻关键零部件上的受力情况,是随时间变化的动态载荷,是后续ANSYS应力分析的关键文件。另外需要注意的是,在ADAMS中开始调入柔性体时,系统把其原点放在原始坐标系的零点,需要利用移动的功能,将其移动到相应的位置;外部节点的选择十分重要,利用约束方程耦合生成的外部节点,可以保证求解动态载荷的高精度。
为了对锤式破碎机的关键零部件进行有限元分析和优化,得到锤头、轴及螺栓的受力情况,需要将锤头转化成柔性体,通过ADAMS动力学仿真,可以获取锤头、轴及螺栓的关键载荷谱lod文件。
刚柔耦合模型之锤头柔性体在ANSYS中生成锤头柔性体比较关键,因为力是通过柔性体添加到锤头上的。由于破碎机结构的对称性,在ANSYS分析中考虑一半结构进行分析即可,而关键是要求出4个锤头上作用的动态载荷文件。把4个锤头全部换成柔性体,选中面上的所有点,通过约束方程耦合的方式建立连接柔性体与刚性体的外部节点,用相同的方法在相同的位置建立其他几个外部节点,导入模型后进行动力学仿真,仿真后即可得出动态载荷lod文件。然后把lod文件导入ANSYS中进行分析,采用迭代方式求解,lod文件全部施加在外部节点上,经过ANSYS计算,可以得到锤式破碎机有限元分析结果。2所示为将锤头柔性体代入形成刚柔耦合模型;3为经过动力学仿真分析后,锤头的变化和受力显示。
刚柔耦合模型之轴柔性体由于锤式破碎机模型比较复杂,需要把轴单独提取出来进行优化,而且需要把轴考虑成柔性体。
根据实际工况,选取6个点作为外部节点,分别是轴两端和4个键槽中心处。轴端需要加驱动,由于驱动力没法直接加到柔性体上,需要把原来的轴质量删除,变成哑物。柔性体轴位置放好后需要建立约束,约束点是刚才建立的外部节点,柔性体轴分别与刚性体轴和键进行约束。在ADAMS中进行动力学仿真,得到动态载荷文件。将lod文件代入ANSYS,以轴的重量最轻为目标函数,以轴的直径为设计变量,以满足尺寸要求和强度刚度要求为约束条件,进行轴径的分析和优化。4所示为将轴的柔性体代入形成刚柔耦合模型;经过动力学仿真分析后,轴的变化和受力显示略。
刚柔耦合模型之螺栓柔性体由于的疲劳破坏对锤头的寿命预测具有决定性作用,为了精确计算,把螺栓考虑成柔性体,从而知道它的受力情况。在螺栓的圆柱外表面上下建立2个外部节点,来连接刚性体和柔性体。类似地,将lod文件导入到ANSYS和ANSYS/FESAFE,可以对螺栓进行疲劳分析,从而对锤头寿命进行预测。
将螺栓的柔性体代入形成刚柔耦合模型(略);5为经过动力学仿真分析后,螺栓的变化和受力显示。
动力学仿真后螺栓的变化和受力显示4整机分析、轴径优化、螺栓疲劳的流程和结果有限元分析思路:定义锤式破碎机的材料特性、单元特性、载荷及约束等。此处所施加的载荷就是第3部分中动力学仿真后得到的动态载荷。分析过程的定义和研究是在设计阶段之后,以设计结果为前提进行的,分析阶段是产品设计开发的重要组成部分。6为整机有限元分析结果。