浅谈模态分析在采煤机截齿动态设计中的应用综述论文

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1、浅谈模态分析在采煤机截齿动态设计中的应用综述论文.freel)模态分析和实验模态分析(EMA)是模态分析的基本方法。前者比后者要方便得多，特别是在修改截齿结构时，能够快速、方便地预测修改后结构的各种动态特性。为了有效地利用FEM这一有力工具，可以使用EMA结果对截齿FEM模型进行修正，以得到准确的FEM模型。(4)物理参数识别物理参数识别是指仅从实验模态分析结果中识别物理参数，其实质是一个实验建模问题。(5)再分析再分析的目的是根据截齿物理参数的修改量估算修改后结构的模态参数，再分析与物理参数修改互为逆问题。如果是基于FEM模型的再分析，则只需要重新

2、求解一遍特征值问题即可。如果是基于EMA模型的再分析，双模态空间分析法是最基本、最通用的方法。(6)结构优化设计截齿结构修改量是以物理参数(质量、刚度、阻尼)表示的，而工程设计中最终需要的是以结构参数(尺寸、形状、材料特性等)表示的修改量。如何修改结构参数，使结构特性(包括静态和动态特性)达到最优，是结构优化设计要解决的问题。结构动态优化设计是以结构的固有频率和动力响应作为目标函数或约束条件，通过优化设计降低振动水平，保证结构性能，改善工作环境。4模态分析在采煤机截齿动态设计应用中的内容和步骤(1)截齿结构初步设计按照设计任务要求，从截齿结构原理出发

3、进行初步设计，绘制初步设计结构图。(2)应用FEM对初步设计结果进行动态性能校核和修改．①建立截齿力学模型根据截齿安装方法的不同，截齿分为径向截齿(即刀形截齿)和切向截齿(即镐形截齿)。这里以径向截齿为例。径向截齿由刀头和刀柄两部分组成，其中刀头由前面、后面、侧面、主切削面和侧切削面组成。根据径向截齿的固定方法和结构特点，整个结构被简化为齿柄固定，齿头自由的悬臂梁结构。②建立截齿有限元模型为了提高精度和加强曲线边界的适应性，并结合采煤机截齿的尺寸特点，采用8节点等参块单元进行有限元网格剖分。此单元是一个六面体，每一个面是平面或直母线的翘曲面。单元间在

4、节点处铰接，每一个单元有8个节点。根据计算精度的要求，不同的部位采用不同大小的单元，相应单元网格的疏密程度也不相同。采煤机截齿的齿尖部分直接破碎煤体，它受到的冲击和磨损也最大，也最容易遭到破坏，因此，对于截齿齿尖部分的单元要划分得小一些、密一些。截齿齿尖的材料与刀头的其他部分的材料不同，因此把这一分界线作为单元的边界线。截齿不同部分的位移和应力的分布事先难于估计，首先以粗略的网格进行第1次计算，然后根据计算结果，调整网格的疏密程度，再进行第2次计算，直到满足要求为止。③计算截齿的固有频率和振型与物理参数修改对采煤机截齿有限元模型进行模态分析，得到其各

5、阶固有频率和固有振型。检验这些模态参数是否符合模态参数模型准则，如各阶固有频率是否远离外部激励频率，对结构振动贡献较大的振型，应保证其不影响结构正常工作。如不满足，通过特征灵敏度分析，求得修改质量阵和刚度阵，由再分析的方法或重新求解特征值问题，得到修改后的固有频率和振型，直到满足要求为止。④计算截齿的动态响应与物理参数修改根据理论计算或经验预估结构载荷，并由经验假设系统的阻尼，按上面得到的有限元模型计算系统的动态响应，包括位移、速度、加速度、变形、应力等，检验是否满足响应准则(预设的安全要求)。如不满足，通过响应灵敏度分析修改有限元模型，得到修正质量

6、阵和修正刚度阵，重新计算结构响应，直到满足要求为止。此时可以制造截齿的实验模型。(3)截齿实验模态分析对截齿实验模型进行模态实验，得到实验模态参数。检验实验模态参数是否满足模态参数准则。若不满足，通过特征灵敏度分析和再分析估计修改后结构模态参数，直至满足要求为止。(4)截齿结构动态修改由满足要求的模态参数可继续开展以下工作：①物理参数修改：结合实验模态结果对由FEM得到的质量阵、刚度阵求修改质量阵和修改刚度阵，得到修改后的质量阵、刚度阵；②物理参数识别：直接求解广义逆特征值问题，求得、K、C；③载荷识别：根据实验模态参数和响应要求，估算系统的实际振动

7、环境。在上述3项工作的基础上，通过FEM计算系统响应，或者在修改截齿模型后实测系统响应，检验是否满足响应准则。如不满足，需通过响应灵敏度分析，修改截齿结构和再分析，估算模态参数和响应，直到满足要求为止。(5)截齿结构优化设计在上述截齿动态修改工作中，一般只能得到物理参数的修改量。若以截齿参数(尺寸、形状、材料性质等)为设计变量进行优化设计，可直接得到满足动态要求的结构形式。(6)生产正式产品满足上述各步要求之后，截齿即可投人正式生产。5结语(1)模态分析为截齿的性能评估和结构设计提供了一个强有力的工具。其可靠的分析结果可以作为产品性能评估的有效标准，

8、围绕其结果开展的各种动态设计方法更使模态分析成为结构设计的重要基础。有限元法模态分析和实验模态分析是结构动态