大型直线振动筛动力学分析及侧板拓扑优化研究

来源 :辽宁工程技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:china_jjf_wolf
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目前振动筛的大型化需求迫切,大型振动筛可以提高生产效率,降低设备费用,提高经济效益。但随着振动筛的大型化,其激振力和结构尺寸增加。对整机及部件结构刚度强度要求增高,大型振动筛的部件如侧板等结构经常出现应力、变形过大,裂纹、疲劳失效等问题,大型振动筛的动力学性能决定着其工作的可靠性,对振动筛进行动力学性能分析及结构的优化具有重要意义。  以ZK1230型大型直线振动筛为研究对象。首先建立了振动筛力学模型,进行了运动学分析,确定振动筛的主要工艺参数。应用ANSYS软件,系统建立振动筛整机及其各主要部件的有限元分析模型。  应用ANSYS对整机筛整机和主要部件(侧板、横梁、入料梁、出料梁、弹簧支撑等)进行了模态分析和谐响应分析,得到整机及部件的各低阶固有频率及振型、动应力和变形结果。振动筛整机第9阶固频和侧板第7、8阶固频与工作频率16HZ接近,其整机第9阶振型也表现为侧板局部的较大变形,横梁、入料梁、出料梁、弹簧支撑装置各阶固频均远大于工作频率;整机及主要部件的动应力和变形均在许用范围内,但侧板结构的动应力相对较大。由动力学分析知侧板结构为振动筛较薄弱环节。  应用基于变密度法的拓扑优化理论,对振动筛侧板加强筋作优化布局,建立以刚度最大为目标函数的侧板加强筋局的拓扑优化数学模型,根据拓扑优化分析所得材料密度分布云图进行加强筋的布局。与凭经验布置加强筋的侧板相比,新方案侧板的最大动应力下降56.5%,最大变形下降55.3%,一阶固有频率提高72.03%,侧板强度、刚度提高,各阶固有频率不同程度提高,有效避开工作频率。对比验证新侧板强度、刚度、固有频率均优于凭经验布置加强筋的侧板。  为进一步验证拓扑优化结果的可行性,采用名义应力法(S-N法),应用MSC.Fatigue软件对振动筛侧板和横梁作疲劳寿命分析。根据分析结果得知二者最小疲劳寿命均达到要求,侧板入料端边缘中间位置最易发生疲劳破坏,横梁中间位置最易发生疲劳破坏,可在这两个薄弱处加强防护措施。
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