Идентификация и моделирование динамических параметров круглозвенных цепей, подверженных осевым нагрузкам.

Nov 25, 2023

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 16155 (2022) Цитировать эту статью

490 Доступов

Подробности о метриках

Цепь с круглыми звеньями, подвергающаяся осевым динамическим нагрузкам, представляет собой нелинейную вязкоупругую систему. В отличие от классических задач об ударах, цепь с круглыми звеньями подвергается не только линейной упругой деформации, но также нелинейной пластической или ударной деформации. В этой статье, основанный на теоретической формулировке и экспериментах, представлен новый подход к моделированию и определению нелинейных динамических параметров, а именно жесткости и демпфирования круглозвенной цепи. С учетом линейной деформации, нелинейной деформации и диссипации энергии разработана модифицированная нелинейная вязкоупругая модель для описания вибрационного поведения цепи с множеством круглых звеньев. Линейная упругая модель и модель воздействия объединяются для получения эквивалентной нелинейной жесткости, в то время как эксперименты и метод наименьших квадратов используются для определения нелинейного демпфирования в соответствии с модифицированной нелинейной вязкоупругой моделью. Исследовано влияние таких ключевых параметров, как длина цепи, модуль упругости и частота нагружения, на динамическую жесткость и демпфирование. Еще один тест проводится для проверки модели идентификации, и наблюдаются хорошие согласия.

Цепи с круглыми звеньями широко используются в морском, машиностроительном, горнодобывающем и гражданском строительстве в качестве ключевых компонентов транспортных/подъемных подъемников или машин для обработки сыпучих материалов. Исследования динамических характеристик имеют большое значение для хорошей работы соответствующего оборудования и машин1,2,3.

Многочисленные исследователи занимались статическим и динамическим анализом видов цепей с круглыми звеньями. Ming et al.4 вывели уравнение, связывающее площадь контакта цепей с круглыми звеньями со статическим контактным напряжением. Ли и др.5 рассчитали максимальное напряжение и распределение давления в зоне контакта кольцевой цепи по теории Герца и получили максимальное напряжение в зоне контакта звездочки с зацеплением. Биан и др.6 установили математическое уравнение структуры круговой цепи, вывели две модели статического анализа контакта цепи с кольцом, смоделировали и проанализировали процесс столкновения между круглыми цепями, а также выявили механизм усталостного разрушения и закон распространения усталостных трещин в кольцевой цепи. Ли и др.7 создали виртуальный прототип модели для динамического моделирования системы цепного привода, смоделировали и проанализировали запуск нагрузки кольцевой цепи после остановки и получили закон изменения кинематики и динамическую реакцию поведения зацепляющегося контакта. Диао и др.8 провели эксперименты по фотоупругости и анализ методом конечных элементов (FE) контактного напряжения для цепей с круглыми звеньями. Ван и др.9 использовали метод динамического анализа с изменением во времени, чтобы получить динамическое распределение натяжения цепи тяжелого скребкового конвейера. Конечно-элементный анализ проводился на трехмерном контакте между соседними цепями прямого сегмента и изгибаемого сегмента для получения трехмерного распределения напряжений цепи.

Как уже говорилось, поскольку цепь с круглыми звеньями обычно испытывает большие осевые нагрузки при транспортировке сыпучего материала или при перемещении, достаточно больше внимания уделяется динамическим характеристикам в осевом направлении. Когда круглая цепочка подвергается гармоническим или ударным возбуждениям, могут наблюдаться удары, трение и даже пластическая деформация10. Цепь с круглыми звеньями представляет собой типичную вязкоупругую систему. При динамическом анализе следует учитывать эффекты демпфирования и нелинейную жесткость. Модель Кельвина-Войта, которая была впервые разработана для задач об ударах11, широко используется для учета диссипации энергии. Однако, как и в случае с проблемами ударов, контакт, трение и пластическая деформация на самом деле нелинейны. Таким образом, линейная модель не может полностью учитывать нелинейные факторы демпфирования и жесткости. Для решения проблем, связанных с ударами, были предложены виды нелинейных моделей12, такие как нелинейная модель Герцдампа13 и нелинейная модель Ханта-Кроссли14. Все нелинейные модели достаточно эффективны и точны во многих случаях, а также хорошо используются для моделирования других вязкоупругих систем15,16,17.