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带式输送机柔性多体动力学分析方法研究

王繁生  
【摘要】: 论文对带式输送机柔性多体动力学分析方法进行了系统的研究,建立了基于绝对坐标有限刚体元方法的输送带动力学模型、基于连续接触力方法的输送带与滚筒动态接触碰撞动力学模型、基于边界元离散的输送带与托辊之间压陷阻力分析模型和完整的带式输送机柔性多体动力学分析模型。 运用非保守系统拉格朗日第二类方程,推导了刚体元的动力学微分方程,用单向递推组集方法建立了刚柔混合多体系统的动力学方程。对经典有限刚体元法进行了改进,提出统一以系统中的刚体元为对象,建立固结在刚体元质心的坐标系,刚体元的位置由其坐标系基点的笛卡尔坐标描述,其方位由欧拉角坐标描述,引入约束方程,运用能量形式的非保守系统拉格朗日第一类方程,推导建立刚柔混合多体系统的动力学微分方程,从而形成基于绝对坐标的有限刚体元方法。 提出了基于连续碰撞理论的法向接触碰撞力和基于库仑定律的切向摩擦力相结合的输送带与滚筒接触碰撞问题动力学模型,建立了带式输送机系统的多体接触动力学方程。将输送带与滚筒的接触碰撞视为非理想单面约束,利用线性规划问题互补条件建立动态接触判定条件,根据变拓扑理论将由接触碰撞引起的变拓扑动力学问题转化为包含时变接触力的不变拓扑动力学问题,从而实现了带式输送机系统变拓扑多体动力学方程的建立和求解。 用线性标准固体模型微分本构方程描述输送带的粘弹性,引入付立叶级数描述输送带与托辊接触区域各点的位移和应力,求出边界元柔度矩阵,从而建立起反映接触区域边界节点位移与应力关系的边界离散方程,实现对压陷阻力的计算机仿真分析。算例表明该方法对求解带式输送机压陷阻力是十分有效的。 对基于绝对坐标有限刚体元法的带式输送机三维实体建模进行了讨论,针对建模中的难点带节长度选择问题,提出了变带节长解决方案。编制了带式输送机动力学分析软件,并通过对一台带式输送机实地测试,验证了软件动力学仿真结果,进而也证明了本文提出的带式输送机有限刚体元建模方法的正确性。通过对多种起动速度曲线的仿真,研究了起动过程对带式输送机动态性能的影响。 该论文有图58幅,表4个,参考文献185篇。


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