大跨度网架栈桥物料输送振动响应研究

作     者：任福 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：余志祥

授予年度：2017年

学科分类：080706[工学-化工过程机械] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：网架栈桥 自振模态 有限元法 离散元方法 动力响应 动力系数 

摘      要：矿石物料输送栈桥广泛应用于冶金、煤矿、冶炼、火力发电、水泥生产等工业领域,用于物料集送传输,常采用钢结构作为传输设备的支撑结构。物料传输为动力作用过程,伴随带轮的启停制动、矿料传输振动、牵引设备的激励振动等影响,支撑钢结构常常处于动态激励作用之下,准确评价结构动力响应是该类结构设计的关键。论文以某水泥厂大跨度网架栈桥结构为研究对象,展开了振动实测,研究了蒙皮结构对网架栈桥整体自振特性的影响;应用离散元方法构建了物料输送过程的动力分析模型,通过对比实测结果和物料离散元模型的计算结果,证明其有效性和可行性;构建了结合DEM-FEM的网架栈桥的动力有限元模型,展开了结构动力特性分析,研究揭示了物料输送动力激励作用下的结构响应,并通过参数分析得到了该类结构在不同工况下设计时的动力影响系数,为网架栈桥结构设计提供参考。论文具体研究内容如下:首先,开展了网架栈桥结构满负荷输送状态下竖向随机振动实测。针对60m大跨度网架栈桥结构,采用环境随机振动测试方法进行竖向振动测试,得到结构在满负荷正常输送状态下竖向振动加速度的时程曲线,并应用傅里叶变换模态分析法确定了网架栈桥结构的自振频率。其次,探明了蒙皮围护结构对网架栈桥自振特性的影响。根据结构特征,按是否考虑蒙皮结构的刚度影响,构建了整体联合模型和网架独立承载模型,对集料输送网架栈桥展开了模态分析,并与实测模态进行结果对比。研究发现:由于蒙皮刚度的影响,整体联合模型的自振模态与独立承载模型的自振模态相比存在一定差异。与实测得到的结构模态相比,独立承载模型的第一频率与实测接近,整体联合模型的第二和第三频率与实测接近。鉴于结构第一模态振型参与质量占主控,因此确定独立承载模型作为后续结构动力响应参数分析的基础模型。再次,构建了物料输运离散元动力模型。针对物料输送过程,基于物料输送过程的三种参数构建了离散元动力模型,对输运参数的动力影响展开了参数分析,结果表明:输送量对物料输送荷载的影响在达到临界状态前呈正相关,达到临界后没有影响;粒子半径对物料输送荷载的影响呈负相关;物料输送速度对物料输送荷载的影响呈负相关。最后,建立了离散元-结构耦合动力分析(DEM-FEM)模型,研究了物料输送过程中的动力响应特性。应用有限元和离散元的方法构建了物料输送网架结构离散体-结构耦合动力学模型,针对物料输送过程中影响结构动力特性的三组参数进行分析研究,得到了各工况下结构的内力响应和位移响应。在此基础上分析了网架栈桥结构的动力系数,并给出设计建议:结构设计时应按满载状态下的动力系数进行设计,满载状态下动力系数取1.4。当粒子半径增大时,应考虑选取较小的动力系数进行计算,但不能低于1.4。当输送速度不大于3.5m/s时,结构动力系数按照1.7进行设计计算;当输送速度大于3.5m/s时,结构动力系数按照1.4进行设计计算。