截齿冲击破岩力学性能分析及其数值仿真

摘要

截齿作为煤炭采掘设备中重要的零件之一，由于其破岩环境的复杂性，并且截齿在工况下受到周期循环的反复冲击载荷，使其容易发生疲劳损伤和磨损脱落等失效形式。因此截齿成为了采掘机械中失效率最高的部件。本文以CAE有限元技术为背景，应用ANSYSLS-DYNA软件对不同齿尖夹角和齿身锥角的截齿破岩瞬间进行有限元仿真模拟，应用LS-PREPOST的后处理器生成不同结构的截齿在破岩时三向力的应力时间曲线，分析其随结构的变化规律，确定了截齿相关结构的合适角度;通过ANSYS workbench在冲击动力学模块中分析了不同齿尖夹角和齿身锥角截齿的力学响应特性，得到不同截齿结构对其冲击力学特性的影响规律;在DesignLife疲劳分析中，得到截齿的疲劳损伤分布，确定截齿易发生疲劳损伤区域。本文对研究不同齿尖夹角和齿身锥角对截齿破岩时的受力变化规律以及冲击响应特性的影响具有一定的参考意义，并且对截齿破岩的试验研究以及优化结构设计提供了一定的理论依据。

目录

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致谢

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 课题内容的国内外研究发展现状

1．2．1 镐型截齿研究现状

1．2．2 CAE(计算机辅助工程技术)简介

1．3 论文研究内容

1．4 论文研究方法

2 镐型截齿的破岩理论

2．1 截齿破岩理论分析

2．2 冲击载荷下岩石的破碎机理

2．3 岩石的机械特性分析

2．4 镐型截齿截割力的影响因素分析

2．4．1 截槽形状对截割力的影响

2．4．2 截齿安装角度对截割力的影响

2．4．3 截齿截割速度对截割力的影响

2．4．4 截齿齿尖夹角对截割力的影响

2．4．5 截齿齿身锥角角度对截割力的影响

2．5 本章小结

3 镐型截齿破岩的有限元仿真模拟

3．1 动态显示有限元模拟理论

3．1．1 接触碰撞的显式时间积分

3．1．2 有限元分析过程的单点高斯积分和沙漏控制

3．1．3 有限元时间积分和步长控制

3．2 镐型截齿破岩有限元模型建立

3．2．1 镐型截齿破岩的模型简化

3．2．2 基于Pro／e的三维模型建立

3．2．3 单元类型、材科模型选择与网格划分

3．2．4 定义接触及约束

3．3 截齿破岩过程模拟与三向力的影响因素分析

3．3．1 不同截齿齿尖夹角的仿真模拟

3．3．2 不同截齿齿身锥角的仿真模拟

3．4 本章小结

4 截齿冲击破岩力学特性分析

4．1 不同齿尖夹角的截齿应变响应特性

4．2 不同齿身锥角的截齿应变响应特性

4．3 截齿齿头肩部内侧轮廓线应力响应特性

4．4 截齿齿尖焊接横截面轮廓应力响应特性

4．5 截齿的速度变化响应特性

4．6 截齿的能量变化响应特性

4．7 本章小结

5 截齿的疲劳分析

5．1 ANSYS nGode DesignLife疲劳分析简介

5．2 应力疲劳分析理论

5．2．1 疲劳定义及分类

5．2．2 S-N曲线

5．2．3 S-N曲线的一般形状及若干特性

5．3 截齿疲劳分析过程的模型建立

5．4 截齿疲劳分析结果

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历

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