基于APDL的斗轮撞击形变与性能分析

【摘 要】 依靠APDL命令流，进行完好斗轮受到撞击的瞬态分析，以及受损斗轮工作状态的预测分析，得到受撞斗轮的塑性变形与使用性能评估。

【关键词】斗轮；撞击；APDL

1 情况简述

某港口卸料场内放置在支撑架上的斗轮，受外力撞击后从架上飞出，碰撞侧旁的铁壁容器与墙壁后落地。经现场检测，撞击位置如图1所示，斗轮圈梁圆度公差

2 完好斗轮受到撞击的瞬态分析

（1）使用APDL命令流建立斗轮体的有限元模型。

（2）施加约束，在撞击位置试加载，循环求解，得到贴合斗轮体实际变形量的集中载荷信息。

（3）进行有限元分析。图2中斗轮体应力、形变云图显示：

①通过反演预测，若斗轮现有的变形量全部来自于外力撞击，则外力对斗轮的撞击力F约为277560N，径向分力约为247030N，切向分力约为126570N。

②斗轮体的最大形变发生在碰撞位置处轮圈与铲斗承载梁的相交区域，变形量12.5mm。

③斗轮体轴孔变形量接近为零，该处应力值20Mpa。斗轮体轴孔与大轴采用胀套连接，不足20Mpa的冲击压强由内、外环吸收，使大轴不受撞击损伤。

3 受损斗轮工作状态的预测分析

一般情况下，判断撞击是否产生内部微小裂纹与晶格变化，需要借助超声波探伤、金相组织分析等手段。为了预测受损斗轮的工作状态，在原命令流中将撞击位置处的一段轮圈处理为壁厚降低的变截面梁（Ⅰ），将撞击位置处的铲斗承载梁处理为两段悬臂梁（Ⅱ），按正常工况加载，查看斗轮体的应力与形变结果。若最大应力仍小于许用强度，那么理论上被撞后的斗轮具有可用性。分析过程如下：

（1）修改梁参数，单元属性保持不变，如图3所示。

（2）计算斗轮在正常工况下的受力。撞击位置处的铲斗没入煤堆时，悬臂梁受力最大，斗轮体最容易受到破坏，如图4所示。铲斗掘入物料中的力学模型十分复杂，为简化分析，可以从能量角度估算煤堆对最底部铲斗的反作用力F。

（4）施加约束和载荷，分析斗轮体应力、形变云图，得到如下结果：

①工作载荷引起的最大形变发生在悬臂梁上，形变量

②最大应力值

③对照斗轮受到撞击的变形图，工作状态下斗轮圈梁的变形量反而减小，形位误差得到一定程度的矫正。

4 结语

（1）根据仿真分析及现场工况判断，该斗轮理论上是可以使用的。

（2）撞击造成斗轮体产生较小的塑性变形，使圆弧挡料板与斗轮间隙方差增大，降低了取料效率、增加了圆弧挡料板的局部磨损。

（3）大轴未发生塑性变形，撞击对大轴的使用寿命未产生影响。

（4）受煤料离散力的作用，斗轮的不平衡度能够得到一定程度的缓解。

参考文献：

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