振動篩結構隨機動力學研究.pdf

1、振動篩在制造、安裝、運行等環(huán)節(jié)中,不可避免地存在著大量隨機因素,傳統(tǒng)分析是將所有動力學相關參數(shù)視為確定性的量,對于使用過程中出現(xiàn)的某些結構破壞問題,傳統(tǒng)分析模型難以給出合理的解釋。因此采用隨機動力學模型揭示實際存在的隨機因素對振動篩動力學特性及其響應產(chǎn)生的影響規(guī)律,具有重要的理論意義和實用價值。本文將隨機動力學理論與有限元方法結合,建立了振動篩隨機動力學模型進行隨機動力學分析,考慮了激勵隨機參數(shù)和結構隨機參數(shù),對結構動力學特性和響應變異

2、規(guī)律及隨機響應變異變化率進行了研究,并針對某型振動篩進行了具體分析,主要內(nèi)容如下:1、對某振動篩用橡膠彈簧進行力學性能實驗,通過實驗發(fā)現(xiàn)橡膠彈簧剛度可以劃分為近似線性剛度區(qū)和非線性剛度區(qū),對于橡膠彈簧近似線性剛度區(qū),提出了均值剛度的概念及計算方法。應用應變能理論,建立適合所研究橡膠彈簧的基于Mooney-Rivlin五參數(shù)應變能函數(shù)的非線性本構方程及其非線性有限元分析模型,并驗證其精度。同時,采用均值剛度建立橡膠彈簧線性分析模型,其精度

3、與非線性計算基本相同,在振動篩工作范圍內(nèi)可以作為非線性模型合理的替代。2、對振動篩整體結構進行動態(tài)測試,得到振動篩模態(tài)頻率及振動篩平穩(wěn)工作時的振幅,結果表明結構各階模態(tài)頻率均未與工作頻率重合,平穩(wěn)工作時不會出現(xiàn)共振現(xiàn)象。3、將隨機動力學理論與有限元方法結合到一起,考慮激勵參數(shù)與結構參數(shù)隨機性,建立振動篩隨機動力學模型,給出模型建立方法及分析流程圖。針對振動篩隨機動力學模型中的關鍵問題,提出了梁—殼單元模型,通過自定義梁截面單元、自由度耦

4、合及建立約束方程、建立剛性區(qū)等方法解決有限元建模中關鍵問題。應用梁—殼單元模型對振動篩整體結構及主要結構部件進行模態(tài)分析和動力學響應分析,通過與實驗結果及傳統(tǒng)實體單元模型模擬結果對比,驗證了梁—殼單元模型的精度及分析效率。4、定義模態(tài)頻率、振幅及動應力的相對均差系數(shù)和變異系數(shù),定量描述振動篩隨機動力學變異規(guī)律。分別以結構模態(tài)頻率、振幅及動應力的相對均差系數(shù)函數(shù)和變異系數(shù)函數(shù)為目標函數(shù),隨機結構參數(shù)及隨機激勵參數(shù)的變異系數(shù)為自變量,定義相

5、對均差系數(shù)變化率及變異系數(shù)變化率兩個無量綱量,定量描述振動篩模態(tài)頻率、振幅及動應力變異靈敏程度。5、應用建立的隨機動力學模型對振動篩模態(tài)頻率變異性進行研究,考慮結構參數(shù)單獨隨機及同時隨機時,分析在一階矩、二階矩意義下模態(tài)頻率變異性隨參數(shù)變異系數(shù)變化規(guī)律。對于本文研究的振動篩,得到了影響低階頻率變異性及高階頻率變異性的主要參數(shù)分別為橡膠彈簧彈性模量變異系數(shù)、鋼材密度變異系數(shù);當結構參數(shù)同時存在隨機性時,振動篩模態(tài)頻率密集度降低。通過對頻率

6、比分析,給出參數(shù)變異系數(shù)的合理范圍;同時對模態(tài)頻率變異性變化率分析,確定各階頻率對參數(shù)變異系數(shù)的靈敏程度,得到模態(tài)頻率變異變化率排序。6、考慮結構參數(shù)隨機時,對振動篩隨機響應的變異性進行研究,得到振動篩各主要結構部件振幅及動應力隨機響應結果在不同結構參數(shù)隨機條件下的變異規(guī)律。結構參數(shù)單獨隨機時,從保證篩分效率及振動篩平穩(wěn)運行的角度,給出橡膠彈簧彈性模量及鋼材密度參數(shù)變異系數(shù)合理范圍;結構參數(shù)同時隨機時,當參數(shù)變異系數(shù)達到臨界值,振動篩部

7、分結構動應力均值超過許用應力,結構可能發(fā)生破壞,研究結果從隨機的角度,為振動篩運行中出現(xiàn)的結構破壞給出了確定性模型無法解釋的原因。對隨機響應變異變化率分析得到響應變異變化率排序,其中振幅及動應力的變異變化率對鋼材密度變異系數(shù)最敏感。7、考慮激勵參數(shù)隨機時,對振動篩振幅及動應力變異性進行研究,激勵隨機參數(shù)包括質量矩、激振力方向角、激振力頻率。結果表明:振動篩響應變異系數(shù)隨激勵參數(shù)變異系數(shù)增加而增大;質量矩變異系數(shù)和激振力頻率變異系數(shù)對振幅