振动平板夯动力学模型研究_仿真与优化设计
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1 概述1.1 引言近年来,随着我国经济的迅速发展,国家对公路建设的投资越来越大,特别是高速公路建设的投资,每年投资上千亿元,高速公路发展非常迅速。
2004年中国高速公路里程新增4400公里,高速公路通车里程超过3.4万公里,居世界各国高速公路通车里程第二位;2005年底,我国高速公路里程达到4.1万公里。
根据交通部最新公布的《国家高速公路网规划》,从2005年起到2030年,国家将斥资2万亿元,新建5.1万公里的高速公路,使我国高速公路的里程达到8.5万公里,高速公路的发展驶入快车道。
对于高速公路如此大的投入,如此此快的发展速度,保证工程质量、提高施工效率,减少因过早破坏而导致的浪费,就显得尤为重要。
与水泥混凝土路面相比,沥青路面具有表面平整、无接缝、行车舒适、耐磨、噪声小、养护简便等优点,因而得到广泛应用。
据初步统计,在我国已建成的高等级公路中,沥青混凝土路面已经占到了75%以上。
随着我国高速公路的发展,我国的公路施工技术已经路面质量已经有了较大提高,但是由于我国高速公路建设起步较晚,施工经验较少、施工法规不够科学合理、施工水平参差不齐,加上我国人口众多,交通量迅猛增长以及重型车比例增加(尤其是违法超重车辆现象存在严重),沥青路面在设计寿命(一般指建成通车到第一次大修的年限)内甚至是营运初期就开始出现一些早期破坏,如裂缝、车辙、松散、剥落等。
沥青路面病害发生的原因是多方面的,其中包括路面设计不合理、施工质量水平不高、施工机械技术落后、养护管理不到位、交通量大、重车多,超载现象严重、水对路面结构的破坏、气候影响等因素。
而其中一个最重要的原因就是施工质量存在问题。
影响施工质量的因素也比较多,但最关键的因素就是沥青混合料的离析问题和压实度问题。
由于我国幅员辽阔,高等级公路的规划里程和在建里程数量庞大,而建设资金并不是很充足,因此我国的公路施工企业对于在满足公路施工技术规范和质量要求的前提下,对于提高施工效率和降低施工成本有着更高的需求,这是我国公路建设与国外发达国家所面对问题的不同之处,是我国的国情所决定的。
摘 要海上石油开发基于导管架平台,作业空间有限,通常采用丛式井作为主要井型,其井数多,井距小。
新油田井组布置或老油田井组加密调整都存在临井相碰的可能,而井眼一旦碰撞则会带来巨额经济损失,因此采取井间防碰措施变得尤为重要。
传统的随钻震源工具随着井深的增加,所产生震击强度因地层介质吸收衰减和钻柱上传播时耗损,使得提取有效信号的难度也越来越大。
这不利于井眼间防碰监测,故本课题提出设计一种能产生强冲击强度且操作便捷的井下震源发生器,它正常作业时能利用钻井液对冲击装置蓄能且不产生误震、需要停钻测井时,通过钻井液蓄能、卡点解除等操作便能得到理想冲击力,这种井下震源发生器可为邻井防碰提供有效措施。
该井下震源发生器摒弃大幅度提拉钻杆实现弹簧蓄能的方式,采用机械式的起震方法,利用高压钻井液蓄能,以弹簧元件为储能机构,钢球为锁紧机构,并设计了液压延时装置。
基于流体连续性方程、伯努利方程、水垫阻力和水头损失等流体力学理论,以冲锤为研究对象,建立井下震源发生器冲锤动力学模型,通过MATLAB GUI进行数值模拟程序编制,求解冲锤速度、加速度和位移与时间关系的微分方程,预估井下震源发生器输出性能值;又建立井下震源发生器冲锤流道模型,基于CFD动网格技术,对工具工作时冲锤工况模拟,获得井下震源发生器输出性能规律,基于单因素分析法研究该工具设计参数对冲击功、冲击效率等输出性能的影响;基于正交试验法选择六因素三水平的正交试验方案,设计出18组试验,以冲锤冲击功为优化目标,优选出设计参数组合方案。
以冲锤输出的速度范围作为冲锤临界初速度,进行冲锤与铁砧的碰撞仿真,得出冲锤碰撞的输出性能值。
试验结果表明:单因素分析认为弹簧刚度与冲击速度、冲击功和冲击效率呈正相关关系,而与冲击位移呈负相关关系;冲锤质量与冲击功、冲击效率和冲击位移呈正相关关系,而与冲击速度呈负相关关系;节流面积、出口直径和出口数量与井下震源发生器各输出性能均为正相关关系。
摘要振动平板夯的应用十分广泛,无论在国外还是在国内,振动平板夯的技术都还处于探索阶段,还有许多技术问题有待解决。
主要犹豫其内部零部件复杂的工作状况和严苛的工作条件,使得对平板和工作过程实验和模拟变得困难。
难以在试验中找出相应的数据,对平板夯进行改善,抑制了平板夯的发展。
目前国外比较流行的是利用有限元的方法,对复杂零部件进行力学的分析。
包括静力学分析,线性,非线性分析,震动,疲劳等分析内容。
这使得原本复杂的实验变得简单,工程师,可以在电脑上模拟复杂的工作过程,采集到有用的数据,对平板夯的发展起到了开创性的意义。
振动平板夯是理由激振器产生的振动进行作业的机器。
为了提高国产夯设计生成水平,我们对振动平板夯进行模型的建立,利用计算机辅助设计和分析对其进行优化,并对实际使用中的问题进行探索和研究。
有限元法是一种为求解偏微分方程边值问题近似解的数值技术。
求解时对整个问题区域进行分解,每个子区域都成为简单的部分,这种简单部分就称作有限元。
它通过变分方法,使得误差函数达到最小值并产生稳定解。
类比于连接多段微小直线逼近圆的思想,有限元法包含了一切可能的方法,这些方法将许多被称为有限元的小区域上的简单方程联系起来,并用其去估计更大区域上的复杂方程。
它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成,对每一单元假定一个合适的(较简单的)近似解,然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件),从而得到问题的解。
这个解不是准确解,而是近似解,因为实际问题被较简单的问题所代替。
由于大多数实际问题难以得到准确解,而有限元不仅计算精度高,而且能适应各种复杂形状,因而成为行之有效的工程分析手段。
AbstractApplication of vibrating plate ram is very extensive, whether at home or abroad, vibration plate rammer technology are still in the exploratory stage, there are still many technical problems to be solved. The main working conditions of the internal parts hesitation complex and harsh working conditions, makes it difficult for the flat plate and the working process of experiment and simulation. It is difficult to find the corresponding data in the test, to improve the plate compactor, inhibited the development of plate rammer. Now more popular abroad is the use of the finite element method, the mechanical analysis of complex components. Including static analysis, linear, nonlinear analysis, vibration, fatigue analysis etc.. This makes the original complex experiment easier, engineer, can simulate the complex work process on the computer, to collect useful data, the development of plate compactor has played a pioneering significance.Vibratory plate compactor vibration exciter is a reason to work the machine. In order to improve the design level of domestic consolidation generation, we establish the model of compaction of vibrating plate, the utilization of the optimizedcomputer aided design and analysis, and studies the problems in actual use.The finite element method is a solution of a partial differential equation boundary value problem of approximate numerical solution techniques. When solving the problem of the whole region decomposition, each sub region become simple part, this part is called simple finite element. It is through the variational method, the error function minimum values and generate a stable solution. In analogy to the connection of multi section circular thought micro linear approximation, the finite element method contains all possible methods, these methods will be many small regions called finite element equations on the simple link, and use it to estimate a more large area on the complex equation. It will solve the field as many as by little interconnection finite element subdomains, Now more popular abroad is the use of the finite element method, the mechanical analysis of complex components. Including static analysis, linear, nonlinear analysis, vibration, fatigue analysis etc.. This makes the original complex experiment easier, engineer, can simulate the complex work process on the computer, to collect useful data, the development of plate compactor has played a pioneering significance.Vibratory plate compactor vibration exciter is a reason to work the machine. In order to improve the design level of domestic consolidation generation, we establish the model of compaction of vibrating plate, the utilization of the optimized computer aided design and analysis, and studies the problems in actual use.The finite element method is a solution of a partial differential equation boundary value problem of approximate numerical solution techniques. When solving the problem of the whole region decomposition, each sub region become simple part, this part is called simple finite element. It is through the variational method, the error function minimum values and generate a stable solution. In analogy to the connection of multi section circular thought micro linear approximation, the finite element method contains all possible methods, these methods will be many small regions called finite element equations on the simple link, and use it to estimate a more large area on the complex equation. It will solve the field as many as by little interconnection finite element subdomains, ffor each unit there is a suitable (simpler) approximate solution, and then solve the domain always satisfy condition (such as the structure of the equilibrium conditions), so as to get the solution of the problem. This solution is not the exact solution, but approximate solution, because the actual problem is replaced by a simple question. Since most practical problems difficult to get the accurate solution, and the finite element calculation of not only high precision, but also can adapt to various kinds of complicated shapes, so it becomes the effective means of Engineering analysis.目录一,振动平板夯的特点和背景二,振动平板夯的技术难点三,有限元在振动平板夯中的应用四,结构件的有限元分析4.1有限元介绍4.2有限元分析过程讲解4.2.1前处理导入模型4.2.2前处理材质设定4.2.3前处理网格划分4.2.4边界条件设定4.2.5计算4.2.6分析结果评估五,结构优化六,总结七,参考文献一,振动平板夯的特点和背景在道路和建筑施工中都要对基础和路面进行压实,压实作业是施工中的一个重要组成部分。
基于SolidWorks的振动冲击夯虚拟样机设计刘建军;孟宪颐;王凯晖;田洪森【摘要】介绍了虚拟样机技术的基本概念,使用三维设计软件SolidWorks完成了振动冲击夯的数字化建模和虚拟装配,介绍了干涉检查、运动仿真在冲击夯设计中的应用,为分析各设计参数对振动冲击夯工作性能的影响和优化设计提供了基础.【期刊名称】《机电产品开发与创新》【年(卷),期】2011(024)001【总页数】3页(P91-93)【关键词】SolidWorks;冲击夯;虚拟样机;运动仿真【作者】刘建军;孟宪颐;王凯晖;田洪森【作者单位】北京建筑工程学院,北京,100044;北京建筑工程学院,北京,100044;北京建筑工程学院,北京,100044;北京建筑工程学院,北京,100044【正文语种】中文【中图分类】TP39振动冲击夯是一种先进的小型压实机械,广泛的应用在铁路、公路、市政建设中,对路基、边坡、管道铺设、回填土的夯实,以及道路、房屋等建筑物的基础施工作业,特别适用于大中型夯实机械无法进行的狭窄场地的施工。
冲击夯具有体积小、重量轻、操作灵活、贴边性好、夯实效率高等特点。
虚拟样机技术是一门综合多学科的技术,运用计算机图形技术,建立产品的三维数字模型,能够反映实际产品的外观、零部件的空间关系以及运动学和动力学等特性,从而为产品的设计、研究、优化提供了基于计算机虚拟现实的研究平台。
虚拟样机技术已被广泛应用在航空航天、汽车工业、工程机械等多个领域。
Solid-Works作为机械设计领域的主流的虚拟样机设计和仿真平台,自问世以来,SolidWorks以其性能优异、易学易用和技术创新三大特点闻名,极大地提高了机械设计工程师的设计效率,更好地满足用户的个性化需求。
本文基于SolidWorks三维软件完成振动冲击夯的虚拟样机设计,包括三维零件设计和虚拟装配。
运用SolidWorks软件在开发过程有助于发现设计中存在的不足和缺陷,进行虚拟装配时可以检查零件的装配关系和装配尺寸是否正确,可以模拟冲击夯的运动过程,为进一步分析冲击夯的运动学和动力学提供了数字模型,在此基础上可以对冲击夯进行优化设计。
基于Pro∕E和ADAMS的直线振动筛动力学仿真摘要:本文提出了一种基于Pro∕E和ADAMS的直线振动筛动力学仿真方法。
首先,使用Pro∕E软件模拟出直线振动筛的几何尺寸及外观,然后用ADAMS软件进行动力学仿真。
将实验数据与模型数据进行比较,评估仿真效果,根据仿真结果分析振动筛的动力学响应,对振动筛的力学性能进行评估。
实验结果表明,本文提出的仿真方法能够较好地模拟出直线振动筛的动力学特性,从而可用于直线振动筛的设计。
关键词:Pro∕E;ADAMS;直线振动筛;动力学仿真正文:直线振动筛是分选物料的常用设备,由于其结构简单、对材料要求小、投资少,已广泛应用于电子、机械、化工等行业。
但是,由于其工作原理复杂,研发时普遍采用实验/试验的方式,这不仅浪费大量的时间,而且易于由于实验设备的噪声而生出错误的结果。
因此,针对当前的直线振动筛研发过程中存在的问题,提出一种基于Pro∕E和ADAMS的直线振动筛动力学仿真方法是十分必要的。
首先,使用Pro∕E软件制作直线振动筛的几何模型,模拟出直线筛的外观及尺寸,用ADAMS软件完成设备的动力学仿真。
仿真结果可以用来评估直线振动筛的力学性能;另外,也可以与实验数据进行比较,评估仿真效果。
此外,还可以通过仿真结果,定量分析振动筛的动力学响应,提出优化建议,改进振动筛的设计。
在本文中,我们利用基于Pro∕E和ADAMS的直线振动筛动力学仿真方法,仿真出一台真实直线振动筛的动力学行为。
结果表明,本文提出的仿真方法与实验结果一致,证明所提出的仿真方法可有效地模拟出直线振动筛的动力学特性,可以有效应用于直线振动筛的设计与研发。
同时,为了更好地评估仿真结果,我们应用Pro∕E和ADAMS软件实现直线振动筛的材料选择、结构参数选择和加工参数选择,以便更准确地模拟实际情况。
本文的仿真结果表明,Pro∕E和ADAMS软件能够有效地分析、研究直线振动筛的动力特性,进一步提升振动筛研发过程中的准确性和创新性。