环境友好型全水压冲击凿岩机动力学 建模与数值仿真

介绍了以普通水作为传动、支撑推进、排屑和润滑介质的环境友好型全水压凿岩机;建立了以弹性杆、弹簧为基本单元的冲击凿岩机 波动力学模型;对YST–25全水压凿岩机进行了动态数值仿真与分析。研究结果表明：活塞最大压应力为102 MPa,最大拉应力为28 MPa,满足 了强度设计要求;钎杆中的应力比活塞的大;尽量减小活塞的截面积变化有利于延长活塞寿命;为了保证凿岩速度和能量传递效率,YST–25凿 岩机宜于在中硬到硬岩中钻进。这为环境友好型全水压冲击凿岩机的改进设计和效能评估提供了依据。     

塔式结构地震波响应仿真分析

文章利用ANSYS有限元程序对高耸塔式结构进行了地震波激励的动态响应分析。通过模态分析,得到塔式结构水平振动的前四个振型和相应的固有频率.在输入地震波的情况下,采用瞬态动力学分析技术,确定了结构的动力响应,为进一步对高耸塔式结构进行振动控制提供了必要的技术参数。     

铝合金地铁车内低频结构噪声特性预测

针对轨道不平顺引起地铁车辆车体壁板振动产生的车内低频结构噪声问题,建立了铝合金地铁车辆车体结构有限元模型、车内声场边界元模型和车辆轨道耦合模型,进行了动力学分析,得到轨道随机不平顺激励下,车体所受激励载荷并施加于车体结构的有限元模型,在ANSYS软件中进行了车体结构谐响应分析,得到车体振动响应.将得到的车体振动响应作为边界条件传递给车内声场边界元模型,在SYSNOISE软件中计算了频率0～200 Hz范围内车内不同位置的低频结构噪声分布特性.结果表明:车内最大声压级超过75 dB;车体结构特点以及激励载荷情况直接影响车内结构噪声特性;减少轮轨激励载荷或优化车体结构,均可降低车内结构噪声.     

齿轮结构振动声学特性数值分析

交替运用结构有限元法与声学边界元法,对齿轮结构振动声学特性数值计算问题进行了研究。建立了齿轮结构三维有限元分析模型,通过频响分析计算,获得结构振动响应特性参数。以齿轮结构频响分析计算结果为声学边界条件,建立了齿轮三维边界元声学分析模型,并采用直接边界元法,对齿轮近场声学特性进行了计算,得到齿轮结构在简谐激励下的声辐射声压,为降低噪声提供理论依据。计算结果表明,所建立的振动和声辐射模型及算法是有效的。     

单主梁门式起重机动态特性

考虑起重机的动态特性,通过有限元对门式起重机整体结构进行模态分析,得到了门式起重机整体结构的动态刚性和振动特性.并对门式起重机整体结瞬态动力学的分析,得到了门式起重机在起升过程中受到冲击载荷作用时主梁的位移随时间变化的响应规律,得出阻尼对于起重机振动具有抑制作用和加载时间对于起重机系统振动的影响规律.     

冲击凿岩机动力学融合设计

通过对冲击凿岩典型系统的波动力学分析,提出了反映冲击凿岩机具波动力学和结构特征的参数α,继而确定冲击凿岩机具的动力学特征参数α和运动学特征参数τ,实现了活塞弹性动力学与刚体运动学的融合,为冲击凿岩机具的概念设计提供了较完整的方法。图2,参9。     

基于ANSYS的车体随机振动分析

本文应用ANSYS有限元分析软件对高速车车体进行随机振动频率响应分析,获得结构动态响应位移振动分布情况,并对发生最大位移振动的节点的振动特性进行PSD(功率谱密度)分析。随机振动所需的边界条件从在SIMPACK中建立的多刚体动力学模型获得,从而获取该车车体在一定工况下的动载荷历程,并通过快速傅立叶变换获得车体激励处的加速度功率谱。     

探测机器人机械臂的振动分析与结构优化

通过Solid Works建立探测机器人机械臂模型,用有限元软件ANSYS对机械臂危险工况进行振动分析,得到机械臂的振动特性,根据分析结果对机械臂进行结构优化。通过对机械臂进行参数化建模,然后建立优化模型,采用Workbench响应曲面分析方法对机械臂结构进行优化,根据优化结果选取合适优化参数。改进后机械臂整体质量减小5.1%,优化后最大应力明显减小,固有频率明显增大,机械臂的末端振幅明显减小,有效减小了振动对机械臂工作性能的影响。     

修枝机齿轮箱振动特性仿真分析

针对修枝机齿轮箱在运行过程中出现的振动和异响问题,基于多体动力学理论,利用动力学 Adams软件建立齿轮箱动力学模型,结合傅里叶变换理论计算齿轮箱齿轮啮合动态力。建立齿轮箱有限元模型,完成齿轮箱约束模态分析。根据数据处理后的轴承处频域激励载荷,利用有限元软件Ansys Workbench计算齿轮箱体表面振动的动态响应。仿真结果和试验结果表明,齿轮箱的振动噪声在齿轮箱固有频率与齿轮啮合激励频率接近时达到最大值,为今后齿轮箱体辐射噪声分析以及结构优化设计提供了依据。     

光纤陀螺捷联惯导隔冲系统设计

 针对环境冲击、振动会对光纤陀螺捷联惯导系统结构及测量精度造成不良影响,进行了隔冲系统的设计与分析。利用改进的递归数字滤波算法和统计估计技术,根据冲击环境下测量得到的加速度时程,计算了冲击响应谱图,用于指导隔冲系统参数设计。为验证设计结果,利用冲击响应谱合成技术得到模拟实际冲击环境的加速度时程;在有限元软件ABAQUS中,以该加速度时程为基础运动激励进行瞬态动力学分析。根据分析结果,设计的隔冲系统可以使捷联惯导系统承受的冲击作用降低到所能承受范围内,表明所设计的隔冲系统在动力学特性角度可满足使用要求。     

钻进中钻柱系统的辨识

在钻井过程中,钻柱振动系统是一个很复杂的动态系统,它不仅具有复杂的不确定的边界条件,而且具有显著的随机特征。在随机信号理论基础上,提出了一种用互相关辨识钻柱系统的新方法;结合输入信号和输出信号,利用钻柱系统的脉冲响应,讨论了钻柱的临界转速、钻柱共振、钻柱与井壁之间的相互作用、所钻地层岩性等钻井工程问题。     

液压凿岩机冲击系统波动力学建模与数值分析

液压凿岩机是以高压油作为动力,推动活塞撞击钎杆进行工作的冲击机械.冲击系统是液压凿岩机的关键部件,其性能好坏直接影响着液压凿岩机的工作性能.本文以某套阀型液压凿岩机冲击系统为研究对象,基于波动力学理论、测试技术以及数值模拟技术,进行冲击系统动力学特性分析与实验研究,获取钎杆在不同冲击速度下的应力波曲线,对比应力波实验测试曲线和数值模拟曲线,分析表明两者结果较吻合.通过数值仿真模拟可以加快液压凿岩机冲击系统开发进程,为其结构优化设计、改进和能效评估提供依据.     

冲击凿岩机具设计与岩石动力破碎特性

本文结合作者和国内外对岩石动力破碎特所作的一些研究、阐述了冲击式凿岩机具的设计和选型时所必须考虑的一些岩石方面的因素，并指出：在大力加强岩石破碎力学性质研究的同时，必须努力促进该领域基础性研究成果向凿岩机具产品设计方面的转化。     

气腿式凿岩机活塞的非线性动力学特性

以气腿式凿岩机活塞为研究对象,根据实际工况建立了活塞和钎杆冲击系统的有限元模型,利用ANSYS/LS-DYNA软件对活塞冲程过程进行了非线性动力学特性分析,得到了活塞与钎杆各个时刻的应力应变情况.结果表明,活塞冲击能的计算结果与实验结果相比误差较小;活塞的最大应力发生在撞击端面上,此外活塞的花键根部也是受力较大的薄弱环节,最大应力介于其疲劳极限与屈服极限之间;活塞的失效形式为端面接触疲劳和花键根部处疲劳断裂,与实际情况十分吻合.     

钻进深度对煤矿水平井钻柱振动特性的影响

煤矿水平井钻柱在钻进过程中，随着钻进深度增加，钻柱在重力作用下与井壁产生复杂的碰撞接触，由此产生的托压效应更加显著，使得钻柱动力学特性随钻进深度增加而发生明显改变，进而影响钻柱的疲劳寿命。基于岩石-钻头-钻柱-井壁耦合动力学分析模型，通过有限元动态仿真，研究了钻进至不同深度下钻柱的纵向、横向和扭转振动特性，分析了钻进过程对钻柱振动特性的影响规律。结果表明：随着钻进深度增加，钻柱纵向跳钻现象呈现“平缓—剧烈—平缓”的趋势，横向扰动呈现“小范围蠕动—大范围扰动—小范围蠕动”的特点，扭转方向剧烈涡动占比呈现先增加后减小的规律，钻柱主要动力学指标与钻进深度呈非线性关系。因此在对钻柱系统进行动态分析及优化时，不能只分析特定深度，应包含整个钻进过程。     

钻柱纵向振动模型的建立及求解方法

在牙轮钻头与井底岩石互作用模型的基础之上,将钻头在井底作纵向往复运动的位移作为钻柱纵向振动的下端边界条件,在适当简化的条件下,利用弹性杆理论和单元法建立了钻柱在钻井过程中由于钻头与岩石互作用及钻柱的弹性变形而导致钻柱产生纵向振动的动力学模型在给定初始条件和边界条件的情况下,采用数值计算方法求解了钻柱纵振模型。为进一步弄清钻头、钻柱在钻井过程中的实际运动规律和动力学性能,改进钻头、钻柱的设计方法,预防钻头、钻柱早期失效奠定了基础。     

隔水管非线性振动的线性化分析

本文在规则波浪与海流联合作用下对海洋钻井隔水管进行了动力分析,对非线性拖曳力采用改进的线性化方法,推导了有限元线性振动方程。求解这些方程几乎象静力方程一样,只需要少数几次迭代就可求得响应最大值。同时给出一些规则波浪与海流联合作用下的算例,并对由本文方法和由非线性时间域动力分析方法分别求得的两种结果进行了比较。比较表明,两种计算结果吻合。本文的线性化方法及把动力方程变换为静力方程的方法,能节约计算机时。隔水管是海洋工程中较典型的构件,该分析方法便于实际应用。     

基于遗传算法的凿岩钻进系统自寻最优控制

现有凿岩台车大多不具备自寻最优凿岩参数功能,凿岩钻进速度难以达到理论设计的最大值。为获取最大凿岩钻速,分析了多种影响因素,从中筛选出主要的可控变量。根据其难以构建准确的数学模型、非线性、时变性的特点,引入遗传算法作为自寻优核心思想,并设计了相应的控制系统。经验证,这种控制方法可以使钻进速度较快收敛至最大值。与传统的控制方法相比,该控制方法可根据岩石硬度自动匹配最优凿岩参数,有效地提高凿岩速度,大大减少凿岩施工所需时间。对于同类的凿岩设备自寻优控制同样具有参考价值。     

切削具的“后部效应”对岩石破碎的影响

本文通过一个光弹实验和静压卸载实验,着重讨论了钻井中做回转运动的切削具后部的岩石表面上出现张裂纹和卸载破坏的问题。光弹实验表明,运动的切削具(如金刚石颗粒)在其后部的岩石中诱发出一个张应力区,最大张应力是在岩石表面上,在此表面上极易形成微小张裂纹。卸载实验表明,对某些脆性岩石(如花岗岩),载荷只要达到其压碎载荷的60％以上,就可以通过卸载方式破坏岩石。     

Comparative Analysis and Development Trend of Rock Drill

A large number of pneumatic rock drills are being extensively used in a majority of mines in China nowadays, with a high noise level up to 125 dB（A） and large vibration and oil-fog on working-site, which can seriously jeopardize manipulator＇ s body and mind. Aiming at improving drilling environment and labor safety condition, the production mechanism of noise of all sorts of rock drills including pneumatic hydraulic and water-powered rock drills and measures of reducing noise level of pneumatic rock drills in special were discussed and led to the conclusion of that the pneumatic rock drills should be eliminated step by step, the hydraulic rock drill should be developed at full speed and especially the water-powered rock drill should be studied and applied according to the situation of China. In addition, the reasons of why hydraulic rock drills have not yet been used extensively and spread wide areas in China were discussed. The main technical parameters of newly developed leg-supporting water-powered rock drill and the comparation of experimental data between pneumatic rock drill and hydraulic rock drill were listed. The experimental results show that water-powered rock drill possesses the same superior properties as hydraulic rock drill and its noise is less than 20 dB（A） than pneumatic rock drill and there is no oil-fog on the working-site and vibration is reduced largely~ but its drilling speed is raised largely , its structure is simpler, and maintenance is convenient. Therefore, popularizing applying of water-powered rock drill will be an effective way of improving mine working environment according to the current situation of China.