畢業(yè)論文終極版 論秘書(shū)的參謀職能與實(shí)施策略

1、<p>　　中心單鏈?zhǔn)焦伟遢斔蜋C(jī)振動(dòng)與噪聲的有限元分析</p><p>　　摘要：刮板輸送機(jī)是一種以撓性體作為牽引機(jī)構(gòu)的連續(xù)動(dòng)作式運(yùn)輸機(jī)械，它主要用于采煤工作面或順槽等其他場(chǎng)所。由于刮板輸送機(jī)特殊的結(jié)構(gòu)和工作環(huán)境，以及對(duì)刮板在運(yùn)輸過(guò)程中的特殊要求，使得刮板與溜槽之間的摩擦在所難免，成為刮板輸送機(jī)噪聲污染的主要來(lái)源。計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展使得有限元方法在降噪研究領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但是由于工作環(huán)境的特殊性和所

2、受載荷的復(fù)雜性，為了簡(jiǎn)單而有效地利用有限元方法預(yù)測(cè)刮板輸送系統(tǒng)的振動(dòng)和噪聲，我們常常采用模態(tài)分析的方法。</p><p>　　本文首先介紹了有限元的思想和有限元分析的幾種常用軟件，然后以國(guó)產(chǎn)SGD-630/264中心單鏈?zhǔn)焦伟遢斔蜋C(jī)為例，取其在實(shí)際工況下的一段溜槽為研究對(duì)象建立有限元模型，對(duì)模態(tài)分析方法進(jìn)行了詳細(xì)的研究。</p><p>　　首先，利用三維建模軟件Pro/e建立了刮板傳動(dòng)系

3、統(tǒng)的有限元模型，總結(jié)了傳動(dòng)系統(tǒng)計(jì)算模型的簡(jiǎn)化方法。選擇單元類型并將簡(jiǎn)化后的模型進(jìn)行智能網(wǎng)格劃分。其次，對(duì)刮板復(fù)雜的受力環(huán)境進(jìn)行了分析，并提出對(duì)刮板傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行模態(tài)分析的方案。然后，通過(guò)大型有限元分析軟件ANSYS對(duì)SGD-630/264進(jìn)行模態(tài)分析計(jì)算，得出傳動(dòng)系統(tǒng)主要部件前二十階的固有頻率和振型。最后，對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，分析刮板傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)噪聲的主要發(fā)生源。</p><p>　　根據(jù)分析結(jié)果，發(fā)現(xiàn)刮板傳動(dòng)系統(tǒng)

4、中溜槽的動(dòng)剛度不足是造成刮板輸送機(jī)振動(dòng)噪聲的主要原因。希望通過(guò)改變溜槽厚度的方法來(lái)降低振動(dòng)噪聲發(fā)生的概率。將改進(jìn)后的模型導(dǎo)入ANSYS中，重新進(jìn)行模態(tài)分析，結(jié)果顯示固有頻率有所升高，在理論上減少了振動(dòng)噪聲發(fā)生的概率，但是這種降低振動(dòng)噪聲的方法還有待通過(guò)實(shí)驗(yàn)鑒定。</p><p>　　本文的工作主要在于用模態(tài)分析的方法分析刮板輸送機(jī)振動(dòng)噪聲的發(fā)生源，這種方法為機(jī)械設(shè)備中相互耦合的部件之間的振動(dòng)噪聲的檢測(cè)，提供了一種

5、可以借鑒的降低振動(dòng)噪聲的方法。</p><p>　　關(guān)鍵詞：刮板輸送機(jī)；振動(dòng)與噪聲；模態(tài)分析；有限元；固有頻率；溜槽；結(jié)構(gòu)改進(jìn)</p><p>　　The Finite Element Analysis of Vibration and Noise of Central Single Chain Scraper Conveyor</p><p>　　ABSTRACT

6、：The scraper conveyor is a kind of flexible body as a traction mechanism of continuous motive type transport machinery; it is mainly used in coal mining working face or gateway, and other places. Because of the scraper c

7、onveyor’s special structure and working environment and the special requirements of the scrapers during transportation, make the friction between the scrapers and the chute is inevitable, what becomes the main source of

8、noise pollution of a scraper conveyor. The rapid dev</p><p>　　This article first introduces the idea of finite element and several kinds of commonly used software of finite element analysis, and then to a do

9、mestic SGD - 630/264 central single chain scraper conveyor as an example. The author takes a part of the chute as the research object and establishes the finite element model; the modal analysis method has been carried o

10、n the detailed research. </p><p>　　First of all, the author uses the 3D modeling software Pro/e to establish the finite element model of the scraper transmission system, and summarizes the simplified method

11、of the transmission system calculation model. Select the unit type and take the simplified model for smart grid. Secondly, analyzes the scraper complex stress environment, and puts forward the schemes of the modal analys

12、is to carry out the scraper transmission system solutions. Then, begins the modal analysis of SGD - 630/264 </p><p>　　According to the analysis result, the dynamic stiffness of the scraper chute is poor. Hop

13、e to take the method of changing the thickness of the chute to reduce the incidence of the vibration noise. Import the optimized model into ANSYS, a new modal analysis, the result shows that the natural frequency are inc

14、reased, reducing the incidence of the vibration noise in theory, but this method of reducing the vibration noise needs to be identified through the experiments. </p><p>　　The work of this paper lies in using

15、 modal analysis method to analyze the placing signage of the vibration noise of the scraper conveyor. The method can provide a reference method of the detection to reduce the vibration noise of the mutual coupling betwee

16、n components in mechanical equipment. </p><p>　　Key words: Scraper Conveyor；Vibration and Noise；The Modal Analysis；The Finite Element；Natural Frequency；The Chute；Structural Improvement</p><p>&l

17、t;b>　　目錄</b></p><p>　　第1章 緒 論1</p><p>　　1.1 課題研究背景和意義1</p><p>　　1.2 文獻(xiàn)綜述2</p><p>　　1.2.1 刮板輸送機(jī)2</p><p>　　1.2.2 機(jī)械振動(dòng)與噪聲的分析方法和控制方法5</p>

18、<p>　　1.2.3 噪聲與振動(dòng)控制工程學(xué)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r7</p><p>　　1.2.4 有限元法在機(jī)械振動(dòng)與噪聲分析中的應(yīng)用9</p><p>　　1.3 本課題研究的內(nèi)容10</p><p>　　第2章 有限元法和ANSYS的基本功能與應(yīng)用11</p><p>　　2.1 有限元法的基本理論11</p&g

19、t;<p>　　2.1.1 有限元法的分析過(guò)程11</p><p>　　2.1.2 有限元法的程序?qū)崿F(xiàn)13</p><p>　　2.2 通用有限元分析軟件14</p><p>　　2.2.1 前后處理器主要軟件15</p><p>　　2.2.2 求解器主要軟件16</p><p>　　2.3

20、ANSYS的主要分析功能16</p><p>　　2.4 ANSYS分析的一般流程18</p><p>　　2.5 本章小結(jié)19</p><p>　　第3章 刮板輸送機(jī)的模態(tài)分析20</p><p>　　3.1 Pro/e模型的建立20</p><p>　　3.1.1 刮板Pro/e模型的建立21</

21、p><p>　　3.1.2 溜槽Pro/e模型的建立23</p><p>　　3.1.3 圓環(huán)鏈Pro/e模型的建立24</p><p>　　3.2 有限元模型的建立25</p><p>　　3.2.1 單元的選擇25</p><p>　　3.2.2 參數(shù)的設(shè)置25</p><p>　　3

22、.3 刮板輸送機(jī)各部件有限元模型的建立26</p><p>　　3.4 本章小結(jié)30</p><p>　　第4章 刮板輸送機(jī)振動(dòng)模態(tài)特性分析31</p><p>　　4.1 模態(tài)分析理論31</p><p>　　4.2 基于ANSYS的模態(tài)分析方法32</p><p>　　4.3 刮板輸送機(jī)振動(dòng)模態(tài)分析34

23、</p><p>　　4.3.1 刮板的振動(dòng)特性分析34</p><p>　　4.3.2 溜槽的振動(dòng)特性分析37</p><p>　　4.3.3 圓環(huán)鏈的振動(dòng)特性分析40</p><p>　　4.4 本章小結(jié)43</p><p>　　第5章 基于模態(tài)分析的刮板輸送機(jī)結(jié)構(gòu)改進(jìn)45</p><

24、p><b>　　5.1 引言45</b></p><p>　　5.2 溜槽的結(jié)構(gòu)改進(jìn)45</p><p>　　5.3 本章小結(jié)51</p><p>　　第6章 結(jié)論與展望52</p><p>　　6.1 全文結(jié)論52</p><p>　　6.2 研究展望52</p>

25、<p><b>　　參考文獻(xiàn)54</b></p><p><b>　　致 謝57</b></p><p><b>　　第1章 緒 論</b></p><p>　　1.1 課題研究背景和意義</p><p>　　噪聲被列為當(dāng)今世界的三大主要污染源之一?？刂圃肼?/p>

26、污染已經(jīng)成為環(huán)境保護(hù)的重要內(nèi)容。為了控制噪聲污染，改善人們的生活和工作環(huán)境，世界各國(guó)都投入了大量的人力物力開(kāi)展減震降噪方面的研究，并制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)與法規(guī)，取得了較大的進(jìn)展。世界發(fā)達(dá)國(guó)家的噪聲控制設(shè)備的產(chǎn)值平均以10-15%的速度增加，中國(guó)在2007年噪聲控制設(shè)備廠廠值已經(jīng)達(dá)到6.2億元，“八五”期間用于噪聲治理的工程費(fèi)用已達(dá)到9.2億元。近些年，國(guó)家對(duì)環(huán)保的重視以及對(duì)環(huán)保投入的不斷增加，也使得人們對(duì)工作和生活環(huán)境的質(zhì)量要求日益提高[1

27、]。</p><p>　　隨著社會(huì)的發(fā)展以及人們對(duì)職業(yè)安全的進(jìn)一步重視，煤礦工人的人生安全得到了一定的保障。然而隨著生活水平的提高，人們對(duì)良好工作環(huán)境的渴望也日益增強(qiáng)。煤礦工人由于特殊的工作環(huán)境和條件，使得更多的人們開(kāi)始對(duì)他們的工作環(huán)境也高度重視起來(lái)。目前的煤礦開(kāi)采設(shè)備朝著大型化、自動(dòng)化方向發(fā)展，采煤量的增加使得運(yùn)煤機(jī)械的載荷越來(lái)越大，這就導(dǎo)致大功率機(jī)械引起的噪聲越來(lái)越嚴(yán)重。噪聲污染已經(jīng)成為影響工人工作環(huán)境的主要

28、因素。刮板輸送機(jī)在運(yùn)行時(shí)會(huì)受到外界載荷影響而發(fā)生受迫振動(dòng)，如果外界載荷產(chǎn)生的振動(dòng)頻率接近刮板鏈自身的固有頻率，則刮板鏈會(huì)產(chǎn)生很大的噪聲，并且影響刮板鏈的工作壽命。因此，分析刮板傳動(dòng)系統(tǒng)的固有頻率對(duì)增加刮板的使用壽命、降低噪聲污染以及改進(jìn)刮板的生產(chǎn)工藝有著重要的指導(dǎo)意義。</p><p>　　由于刮板輸送機(jī)特殊的結(jié)構(gòu)和工作環(huán)境，它有很多優(yōu)點(diǎn)，所以刮板輸送機(jī)是迄今為止綜采工作面唯一的運(yùn)輸設(shè)備。但是刮板輸送機(jī)在工作過(guò)程

29、中，刮板鏈和貨載要克服很大的摩擦阻力在溜槽中運(yùn)行，因此消耗功率很大，而且會(huì)產(chǎn)生很大的噪聲，使得工人的工作環(huán)境更加惡劣。鑒于刮板輸送機(jī)的無(wú)可替代性，改進(jìn)其生產(chǎn)技術(shù)以改善工人的工作環(huán)境成了唯一的可能[2]。</p><p>　　刮板的形狀有特殊的要求，要能夠在運(yùn)行中有刮底清幫、防止煤粉黏結(jié)和堵塞的作用，并應(yīng)盡量減小質(zhì)量。由于刮板的這種性能要求，使得刮板與溜槽的摩擦在所難免，就會(huì)產(chǎn)生很大的噪聲。為了改進(jìn)刮板的形狀以及加

30、工工藝，就得進(jìn)行理論分析以及科學(xué)試驗(yàn)。目前根據(jù)理論分析已能確定刮板的輪廓標(biāo)準(zhǔn)尺寸，但研究不能停留在理論上，需要實(shí)踐的檢驗(yàn)。可是大量的科學(xué)試驗(yàn)增加了生產(chǎn)的成本，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。此時(shí)，虛擬技術(shù)便展現(xiàn)出其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在接近實(shí)際的情況下，可以大大地節(jié)約人力、物力和時(shí)間。通過(guò)有限元對(duì)刮板輸送機(jī)進(jìn)行模態(tài)分析，我們不僅可以省時(shí)省力，還能準(zhǔn)確地知道刮板輸送機(jī)主要部件各模態(tài)的固有頻率以及振型，并且可以對(duì)相關(guān)部件進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)，對(duì)改進(jìn)刮板輸送機(jī)各部件的形狀以及

31、生產(chǎn)工藝起到指導(dǎo)作用，以滿足目前工業(yè)生產(chǎn)周期短的需求。本文使用的ANSYS有限元分析軟件分析刮板輸送機(jī)主要部件的固有頻率以及振型，為改良刮板輸送機(jī)的工藝性和改善其工作環(huán)境提供理論依據(jù)。</p><p><b>　　1.2 文獻(xiàn)綜述</b></p><p>　　1.2.1 刮板輸送機(jī)</p><p>　　（1）刮板輸送機(jī)的主要組成部分及工作原理&

32、lt;/p><p>　　刮板輸送機(jī)是目前國(guó)內(nèi)外緩傾斜長(zhǎng)臂式采煤工作面唯一的煤炭運(yùn)輸設(shè)備。不同類型的刮板輸送機(jī)其各組成部件的形式和布置方式不同，但組成部件和主要結(jié)構(gòu)則基本相同。圖1-1所示為可彎曲刮板輸送機(jī)的外形圖。</p><p>　　可彎曲刮板輸送機(jī)的組成及傳動(dòng)系統(tǒng)如圖1-2和圖1-3所示。其主要組成部分有：機(jī)頭部1（包括機(jī)頭架、電動(dòng)機(jī)、液力耦合器、減速器、鏈輪組件等）、機(jī)尾部9（包括機(jī)尾架

33、、電動(dòng)機(jī)、液力耦合器、減速器、鏈輪組件等）、中間部（包括中間溜槽、連接溜槽、調(diào)節(jié)溜槽、刮板鏈）、附屬裝置（緊鏈器、鏟煤板、擋煤板、防滑錨固裝置）以及供移動(dòng)輸送機(jī)用的移溜裝置。</p><p>　　刮板輸送機(jī)的工作原理是:由繞過(guò)機(jī)頭鏈輪和機(jī)尾鏈輪（或滾筒）的無(wú)極循環(huán)的刮板鏈作為牽引機(jī)構(gòu)，以溜槽作為承載機(jī)構(gòu)，電動(dòng)機(jī)經(jīng)液力耦合器、減速器帶動(dòng)鏈輪旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)刮板鏈連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，將裝在溜槽中的貨載從機(jī)尾運(yùn)到機(jī)頭處卸載轉(zhuǎn)運(yùn)。上

34、部溜槽是運(yùn)輸機(jī)的重載工作槽，下部溜槽是刮板鏈的回空槽。</p><p>　?。?）刮板輸送機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)</p><p>　　刮板輸送機(jī)所以能在采煤工作面運(yùn)輸中得到廣泛應(yīng)用，是由于它和其他運(yùn)輸機(jī)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)輸能力不受貨載的塊度和濕度的影響；機(jī)身高度小，便于裝載；機(jī)身伸長(zhǎng)或縮短方便；移置容易；機(jī)體堅(jiān)固，能用于爆破工作面，也能與采煤機(jī)和自移式液壓支架組成綜采工作面。</p>

35、<p>　　刮板輸送機(jī)的缺點(diǎn)是：工作阻力大，耗電量大，溜槽磨損嚴(yán)重，維修和使用不當(dāng)時(shí)易斷鏈，運(yùn)輸距離也受到一定限制。</p><p>　?。?）刮板輸送機(jī)的主要類型</p><p>　　國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)和使用的刮板輸送機(jī)類型很多。按牽引鏈的結(jié)構(gòu)分為片式套筒鏈、可拆模鍛鏈和焊接圓環(huán)鏈刮板輸送機(jī)；按鏈條數(shù)目及其布置方式分為單鏈、雙邊鏈、雙中心鏈及三鏈刮板輸送機(jī)（如圖1-4所示）；按溜槽的布

36、置方式和結(jié)構(gòu)可分為并列式、重疊式、敞底溜槽式和封底溜槽式刮板輸送機(jī)等多種；按傳動(dòng)方式可分為電力傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)輸送機(jī)。它們的使用條件隨運(yùn)輸能力和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的不同而異[3]。</p><p>　　1.2.2 機(jī)械振動(dòng)與噪聲的分析方法和控制方法</p><p>　?。?）機(jī)械振動(dòng)與噪聲分析方法</p><p>　　機(jī)械振動(dòng)與噪聲分析是識(shí)別與控制振動(dòng)源的重要環(huán)節(jié)。與其它工程應(yīng)

37、用學(xué)科一樣，解決振動(dòng)與噪聲問(wèn)題的途徑或者說(shuō)研究方法，不外乎理論分析和試驗(yàn)研究?jī)蓚€(gè)方面。隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，振動(dòng)與噪聲問(wèn)題的數(shù)值計(jì)算可以解決規(guī)模很大（自由度很高）的問(wèn)題并可達(dá)到很高的精度。同時(shí)，由于電子測(cè)試儀器的發(fā)展和完善，振動(dòng)與噪聲試驗(yàn)已發(fā)展成為一種獨(dú)立的解決問(wèn)題的手段。這兩者互為補(bǔ)充并相互促進(jìn)，為解決復(fù)雜的振動(dòng)與噪聲問(wèn)題提供可有效手段。</p><p>　　在機(jī)械振動(dòng)問(wèn)題的理論分析中，一般將所研究的對(duì)

38、象（如機(jī)器）稱為系統(tǒng)（System）,將外界對(duì)系統(tǒng)的作用或機(jī)器運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的力稱為激勵(lì)（Excitation）或輸入（Input）,將機(jī)器在激勵(lì)作用下產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)行為稱為響應(yīng)（Response）或輸出（Output）。機(jī)械振動(dòng)問(wèn)題所涉及的內(nèi)容如圖1-5所示，振動(dòng)分析就是確定激勵(lì)-系統(tǒng)-響應(yīng)三者間的相互聯(lián)系，根據(jù)其中二者去研究第三者。</p><p>　　振動(dòng)分析的一個(gè)首要問(wèn)題是建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。表達(dá)系統(tǒng)力學(xué)特性的數(shù)學(xué)

39、方程稱為系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。為了建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)化，忽略一些次要因素，而突出它的主要力學(xué)性能，然后根據(jù)力學(xué)原理建立描述系統(tǒng)力學(xué)特性的數(shù)學(xué)方程。建立數(shù)學(xué)模型是進(jìn)行振動(dòng)分析的關(guān)鍵性步驟，它既決定了振動(dòng)分析的正確性和精度，又決定了振動(dòng)分析的可行性和精簡(jiǎn)程度。</p><p>　　圖1-6給出了機(jī)械工程振動(dòng)分析的一般步驟。對(duì)于實(shí)際工程振動(dòng)問(wèn)題，首先要對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析，抓住結(jié)構(gòu)的主要力學(xué)特性，形成待解決

40、問(wèn)題的物理模型。然后選擇適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系和坐標(biāo)，根據(jù)力學(xué)基本定律建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。其次，選擇微分方程的求解方法，有定量和定性方法，工程問(wèn)題一般通過(guò)數(shù)值方法求近似解。最后，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，既要從理論上分析數(shù)值模擬的合理性，又要與試驗(yàn)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行比較，只有二者的吻合程度滿足工程要求，振動(dòng)問(wèn)題分析才算告一段落，否則就要修改數(shù)學(xué)模型，甚至修改物理模型，檢查試驗(yàn)工作的可信度和改善試驗(yàn)技術(shù)，重新開(kāi)始上述相關(guān)工作，找出問(wèn)題的癥結(jié)，直至最后解決問(wèn)題。&l

41、t;/p><p>　?。?）機(jī)械振動(dòng)與噪聲控制方法</p><p>　　研究機(jī)械振動(dòng)與噪聲問(wèn)題的主要目的之一，就是采取有效手段控制其危害。以噪聲控制為例，噪聲問(wèn)題劃分為聲源、路徑和接受者三個(gè)主要環(huán)節(jié)。聲源和噪聲傳遞的路徑可能有多個(gè)，接受者一般為人，也可以是生物、儀器、設(shè)備和建筑物等。機(jī)械噪聲問(wèn)題所涉及的內(nèi)容如圖1-7所示，噪聲分析就是確定聲源-路徑-接受者三者間的相互關(guān)系，采取有效措施減小或控

42、制噪聲危害，利用噪聲信號(hào)預(yù)測(cè)動(dòng)力機(jī)組的安全運(yùn)行狀況。</p><p>　　對(duì)機(jī)械噪聲的控制，最根本的方法是對(duì)噪聲源本身的控制。聲源種類不同，其控制方法也不同。對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)噪聲源主要是控制機(jī)械的振動(dòng)，包括機(jī)械振動(dòng)本身控制和機(jī)械振動(dòng)傳播控制（即固體聲傳播控制），前者是機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)問(wèn)題，后者則是隔振措施的設(shè)計(jì)問(wèn)題。對(duì)空氣動(dòng)力性噪聲源要控制氣體振動(dòng)的產(chǎn)生，防止氣體中壓力突變和渦流等。</p><p&g

43、t;　　為了控制聲源，在機(jī)械的技術(shù)設(shè)計(jì)階段中，應(yīng)該將噪聲作為重要的設(shè)計(jì)指標(biāo)，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對(duì)噪聲做出預(yù)報(bào)，若不能到達(dá)預(yù)期的目標(biāo)，則進(jìn)行修改，以實(shí)現(xiàn)機(jī)械的低噪聲設(shè)計(jì)。在低噪聲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要對(duì)那些可能出現(xiàn)交變力的工作方式、工作過(guò)程或零部件給予足夠重視。</p><p>　　控制噪聲傳播的途徑是噪聲控制的另一個(gè)環(huán)節(jié)。通過(guò)限制和改變?cè)肼暤膫鞑ネ緩?，使噪聲在傳播的過(guò)程中衰減，以減小對(duì)接受者的影響?？刂坡曇粼谑覂?nèi)外、結(jié)構(gòu)內(nèi)和管

44、道內(nèi)的傳播可以利用壁障、吸聲材料、剛性結(jié)構(gòu)的斷面突變、阻塞孔洞、消聲器、隔聲罩、封閉的隔聲間使噪聲局限在聲源附近等方法。</p><p>　　需要重點(diǎn)支出的是，噪聲控制的方法中最直接、最有效、最經(jīng)濟(jì)的措施就是降低聲源噪聲。因此，噪聲控制的首選措施是低噪聲設(shè)計(jì)[4]。</p><p>　　1.2.3 噪聲與振動(dòng)控制工程學(xué)的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r</p><p>　　我國(guó)的聲環(huán)

45、境現(xiàn)狀隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，在工業(yè)化、城市化的進(jìn)程中，由于對(duì)聲環(huán)境的建設(shè)處于零散、隨機(jī)的自發(fā)狀態(tài)，聲環(huán)境質(zhì)量還有不斷惡化的趨勢(shì)?？偟膩?lái)說(shuō)，在數(shù)量上，噪聲源數(shù)量暴漲，包括流動(dòng)噪聲源、動(dòng)力噪聲源、工業(yè)噪聲源、建筑噪聲源、生活噪聲源等等；在范圍上，幾乎覆蓋了社會(huì)生活的各個(gè)角落；在強(qiáng)度上，與人口的密集程度成正相關(guān)。究其原因，工業(yè)化促進(jìn)城鎮(zhèn)化，經(jīng)濟(jì)全球化加速了城鎮(zhèn)化進(jìn)程，工業(yè)化是因，城鎮(zhèn)化、全球化是果。我國(guó)的城鎮(zhèn)化從1949年的11.2%，增加到1

46、979年的18%，30年增加6.8%，近2 億人。從1979年到2005年的25年間，增長(zhǎng)到43.35%，增長(zhǎng)了25%，5.6 億城市人口發(fā)達(dá)國(guó)家城市化率55-60%，中國(guó)還可能增加12-17%，達(dá)到 8-9 億人。中國(guó)的農(nóng)民工不再當(dāng)候鳥(niǎo)，大量變成城市人口。由于電網(wǎng)電站的數(shù)量增加，高壓、超高壓、特高壓…能使人發(fā)瘋的低頻噪聲，在全國(guó)各類環(huán)境污染投訴中，噪聲污染投訴率高達(dá)64%！噪聲引起的損傷以至于死亡，大幅增加！</p>&

47、lt;p>　　噪聲與振動(dòng)控制（NVC）是解決物質(zhì)運(yùn)動(dòng)相互關(guān)系的和諧與平衡，由此決定了其具有服務(wù)業(yè)的本質(zhì)。NVC工程學(xué)的兩大任務(wù)：一是根據(jù)人對(duì)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)所傳遞出的聲動(dòng)信息的主觀感受調(diào)節(jié)其平衡；二是根據(jù)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)所傳遞出的聲動(dòng)信息而判斷物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的客觀狀況并加以干預(yù)。</p><p>　　NVC工程學(xué)有三個(gè)重要的發(fā)展趨勢(shì)。第一，技有界而用無(wú)疆。運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)的存在形式。理論上，噪聲與振動(dòng)控制可用于一切物體相互作用的場(chǎng)合。

48、科學(xué)上的限制條件更加剛性，而噪聲控制工程的應(yīng)用范圍隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展領(lǐng)域的擴(kuò)大而迅猛擴(kuò)大。第二，守其有而用其無(wú)。質(zhì)能轉(zhuǎn)換的同一性和信息形式的多樣性，使得達(dá)到平衡目的的關(guān)鍵往往是各學(xué)科技術(shù)手段的平衡，而不在NVC技術(shù)本身，是對(duì)其它學(xué)科技術(shù)的正確綜合運(yùn)用。第三，新材料、新方法、新評(píng)價(jià)。學(xué)科的綜合運(yùn)用使得原有技術(shù)已經(jīng)不能完全滿足現(xiàn)實(shí)的要求，需求呼喚技術(shù)創(chuàng)新，由此帶來(lái)新的評(píng)價(jià)方法。</p><p>　　噪聲與振動(dòng)控制設(shè)備方面，

49、發(fā)達(dá)國(guó)家憑借其先進(jìn)技術(shù)和制造水平的優(yōu)勢(shì)，在環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器領(lǐng)域取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)器中的廣泛應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)產(chǎn)品靜態(tài)、單機(jī)、單參數(shù)測(cè)試的狀況，使多機(jī)編組數(shù)據(jù)采集處理、處理過(guò)程控制及與管理系統(tǒng)連接實(shí)現(xiàn)了智能化監(jiān)視調(diào)控。一大批具有信息采集、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理、顯示、打印并可根據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象狀態(tài)自動(dòng)改變量程的新環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器產(chǎn)品不斷推向市場(chǎng)。通過(guò)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，采用集成線路微電子技術(shù)，快速、便攜、多功能的采樣系統(tǒng)和環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器的產(chǎn)品

50、比重有明顯提高。激光、光纖技術(shù)的應(yīng)用使煙氣監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)了非接觸測(cè)量，并可達(dá)到多點(diǎn)連續(xù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)的要求。遙測(cè)遙感技術(shù)的發(fā)展為大范圍的污染監(jiān)測(cè)、環(huán)境數(shù)據(jù)采集分析預(yù)測(cè)評(píng)價(jià)等創(chuàng)造了更為便利的條件。隨著環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化工作的進(jìn)展，使環(huán)境監(jiān)測(cè)儀器的定型化、標(biāo)準(zhǔn)化程度有所提高，從而為國(guó)際間環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可比性提供了可靠的科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)。生物傳感器、陶瓷傳感器、聲敏傳感器的研制開(kāi)發(fā)為新一代生物測(cè)量及其他物化測(cè)量?jī)x器奠定了基礎(chǔ)。以BOD快速測(cè)定儀為代表

51、的生物污染監(jiān)測(cè)儀器的發(fā)展，將使生物技術(shù)在環(huán)境工程方面的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步拓寬。</p><p>　　發(fā)達(dá)國(guó)家在噪聲與振動(dòng)控制方面，主要致力于提高機(jī)電產(chǎn)品的質(zhì)量和性能，從而盡可能地減少能耗，減少噪聲和振動(dòng)的產(chǎn)生。噪聲控制設(shè)備可分為消聲、隔聲、吸聲、阻尼及個(gè)人防護(hù)等幾大類型。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家非常重視對(duì)噪聲與振動(dòng)的控制，例如美國(guó)有聲渡衰減裝置（專利號(hào)4540063）、發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng)的噪聲與振動(dòng)衰減裝置（專利號(hào)4540064）、

52、新型消聲器（專利號(hào)4538701）等各種獲得專利的消聲設(shè)備。英國(guó)非常注意對(duì)噪聲的控制，以謀求環(huán)境安寧，上百家噪聲控制設(shè)備制造廠，每年向市場(chǎng)提供幾十億英鎊的產(chǎn)品。英國(guó)還具有很發(fā)達(dá)的聲學(xué)材料工業(yè)，吸聲材料主要有玻璃纖維、礦棉巖棉和泡沫塑料等，除此以外還十分重視吸聲結(jié)構(gòu)和吸聲預(yù)制單元的設(shè)計(jì)生產(chǎn)，聲衰減有限公司在英國(guó)的噪聲控制業(yè)中是很有影響的公司，該公司不僅能生產(chǎn)高質(zhì)量的吸聲、消聲等多品種的系列產(chǎn)品，還具有完善的試驗(yàn)設(shè)備和各專業(yè)的設(shè)計(jì)、科研人員

53、。在構(gòu)件加工、聲學(xué)調(diào)試中，都廣泛地使用計(jì)算機(jī)技術(shù)，并不斷地取得新成果。德國(guó)噪聲控制設(shè)備同樣以每年25億德國(guó)馬克的銷售額不斷地發(fā)展。</p><p>　　1.2.4 有限元法在機(jī)械振動(dòng)與噪聲分析中的應(yīng)用</p><p>　　有限元法是20世紀(jì)50年代首先在飛機(jī)設(shè)計(jì)中使用并獲得迅速發(fā)展的一種有效的工程數(shù)值方法，有限元法是以計(jì)算機(jī)為手段，通過(guò)離散化將研究的對(duì)象變換成一個(gè)與原結(jié)構(gòu)近似的數(shù)學(xué)模型，再

54、經(jīng)過(guò)一系列規(guī)范化的步驟以求解應(yīng)力、應(yīng)變、位移等參數(shù)的數(shù)值計(jì)算方法，充分體現(xiàn)了數(shù)學(xué)理論與程序設(shè)計(jì)技巧的結(jié)合。采用有限元手段，通常總能夠獲得精度滿足工程要求的數(shù)值解，而工程問(wèn)題采用求解偏微分獲得解析解，往往難以實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　早先比較成熟的有限元分析軟件有E.L Wilson的SAP5以及NASA的NASTRAN。今年來(lái)工程中流行的大型商用軟件有ANSYS等。ANSYS具有更加豐富的單元類型以及基于Win

55、dows平臺(tái)的使用提供了直觀、便于修改的友好界面，能夠與AutoCAD、UG等大型繪圖軟件接口，此外所能求解未知數(shù)的數(shù)目極大地提高，并且還允許處理非線性問(wèn)題。它結(jié)合了有限元分析、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和優(yōu)化技術(shù)，目前已成為解決現(xiàn)代工程學(xué)問(wèn)題必不可少的工具。ANSYS系統(tǒng)匯集了集中式數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，前、后處理技術(shù)，優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)等，還自帶了闡述設(shè)計(jì)語(yǔ)言APDL宏命令功能。ANSYS系統(tǒng)提供的模態(tài)分析以及模態(tài)擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)了對(duì)刮板每一個(gè)模態(tài)固有頻率的計(jì)算從而實(shí)現(xiàn)

56、對(duì)刮板振動(dòng)與噪聲的有限元模擬，而且ANSYS參數(shù)設(shè)計(jì)語(yǔ)言APDL的擴(kuò)展宏命令功能的實(shí)現(xiàn)，大大降低了設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)間，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)過(guò)程，方便了研究人員的使用。同時(shí)，其強(qiáng)大的后處理技術(shù)為計(jì)算結(jié)果的分析檢驗(yàn)提供可視化圖形顯示。</p><p>　　1.3 本課題研究的內(nèi)容</p><p>　　刮板輸送機(jī)是礦山運(yùn)輸設(shè)備的重要組成部分，它主要擔(dān)負(fù)運(yùn)煤任務(wù)且作為移架支點(diǎn)。刮板傳動(dòng)系統(tǒng)主要由刮板、溜槽和圓環(huán)鏈

57、組成。刮板是貨載的拖拉構(gòu)件，溜槽是貨載的承載構(gòu)件，圓環(huán)鏈?zhǔn)秦涊d輸送的牽引構(gòu)件。本課題對(duì)通用的577mm長(zhǎng)度的中心單鏈?zhǔn)経型刮板的傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行有限元數(shù)值模擬，對(duì)其進(jìn)行模態(tài)分析，分析其固有頻率和振型，為獲得低噪聲技術(shù)的刮板輸送機(jī)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。其主要內(nèi)容包括：</p><p>　　闡述機(jī)械振動(dòng)與噪聲分析的基礎(chǔ)理論和國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢(shì)。</p><p>　　利用現(xiàn)代CAD/CAE技術(shù)建立刮

58、板傳動(dòng)系統(tǒng)各部分的Pro/e模型，利用Pro/e與ANSYS的連接端口，將數(shù)學(xué)模型導(dǎo)入ANSYS進(jìn)行網(wǎng)格劃分。</p><p>　　利用ANSYS軟件對(duì)刮板、溜槽和圓環(huán)鏈進(jìn)行模態(tài)分析。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)模態(tài)分析之后，可以得到各部件的動(dòng)態(tài)特性，如固有頻率和振型；根據(jù)模態(tài)分析的結(jié)果，比較各部件之間固有頻率的大小。由資料可預(yù)測(cè)，會(huì)有兩個(gè)部件的固有頻率在某一階重合而產(chǎn)生共振引起噪聲，部件之間的耦合才是刮板傳動(dòng)系統(tǒng)振動(dòng)噪聲產(chǎn)生的主

59、要原因。</p><p>　　根據(jù)以上對(duì)刮板輸送機(jī)的振動(dòng)分析和噪聲的研究，對(duì)刮板輸送機(jī)相關(guān)部件進(jìn)行綜合分析和評(píng)價(jià)，改進(jìn)相關(guān)部件的結(jié)構(gòu)，并對(duì)改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析，根據(jù)分析結(jié)果，判斷刮板輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)改進(jìn)是否在一定程度上減少了噪聲發(fā)生的概率。</p><p>　　根據(jù)結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的分析結(jié)果，得出全文的結(jié)論，并且提出本文研究中的不足和有待進(jìn)一步探討的地方，為下一階段工作的開(kāi)展指明了方向。<

60、/p><p>　　第2章 有限元法和ANSYS的基本功能與應(yīng)用</p><p>　　2.1 有限元法的基本理論</p><p>　　對(duì)于大多數(shù)的工程技術(shù)問(wèn)題，由于物體的結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜或者某些特征是非線性的，很少有解析解。這類問(wèn)題的求解方法通常有兩種：（1）引入簡(jiǎn)化假設(shè)，將方程和邊界條件簡(jiǎn)化為能夠處理的問(wèn)題，從而得到它在簡(jiǎn)化狀態(tài)下的解，但過(guò)多的簡(jiǎn)化可能導(dǎo)致不正確的甚至錯(cuò)誤的

61、解；（2）人們?cè)趶V泛吸收現(xiàn)代數(shù)學(xué)、力學(xué)理論的基礎(chǔ)上，借助于現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的產(chǎn)物——計(jì)算機(jī)及現(xiàn)代數(shù)值分析技術(shù)來(lái)獲得滿足工程技術(shù)要求的數(shù)值解，數(shù)值模擬技術(shù)是現(xiàn)代工程學(xué)形成和發(fā)展的重要?jiǎng)恿χ弧?lt;/p><p>　　目前在工程技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)常用的數(shù)值模擬方法有：有限單元法、邊界元法、離散單元法和有限差分法，但就其實(shí)用性和應(yīng)用的廣泛性而言，主要還是有限單元法（FEM）。</p><p>　　有限單元法的

62、基本思想是將問(wèn)題的求解域劃分為一系列單元，單元之間僅靠節(jié)點(diǎn)連接。單元內(nèi)部點(diǎn)的待求量可由單元節(jié)點(diǎn)量通過(guò)選定的函數(shù)關(guān)系插值求得。由于單元形狀簡(jiǎn)單，易于由平衡關(guān)系或能量關(guān)系建立節(jié)點(diǎn)量之間的方程式，然后將各個(gè)單元方程“組集”在一起而形成總體代數(shù)方程組，計(jì)入邊界條件求解。單元?jiǎng)澐衷郊?xì)，計(jì)算結(jié)果就越精確。</p><p>　　有限元方法是20實(shí)際中葉電子計(jì)算機(jī)誕生之后，在計(jì)算數(shù)學(xué)、計(jì)算力學(xué)和計(jì)算工程科學(xué)領(lǐng)域里最有效的計(jì)算方法

63、。經(jīng)過(guò)50年的發(fā)展不僅使各種不同的有限元方法相當(dāng)豐富，而且理論基礎(chǔ)也相當(dāng)完善。刮板輸送機(jī)由于其特殊的工作環(huán)境以及復(fù)雜的受力條件，使用簡(jiǎn)化的方法獲得的解析解誤差很大，甚至是錯(cuò)誤的。但是有限元法不但能完成刮板傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)靜力學(xué)分析，而且還能進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，是對(duì)這種復(fù)雜數(shù)值模型分析計(jì)算的最佳工具。</p><p>　　2.1.1 有限元法的分析過(guò)程</p><p>　　有限元分析流程圖如圖2-

64、1所示。</p><p>　　有限元分析計(jì)算的步驟可歸納如下：</p><p><b>　　1. 結(jié)構(gòu)的離散化</b></p><p>　　結(jié)構(gòu)的離散化就是將分析的結(jié)構(gòu)體劃分為有限個(gè)小的單元體，并在單元體的指定點(diǎn)設(shè)置節(jié)點(diǎn)，使相鄰單元的有關(guān)參數(shù)具有一定的連續(xù)性，并構(gòu)成一個(gè)單元的集合體，以它代替原來(lái)的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的離散化是有限單元法分析的第一步，關(guān)系

65、到計(jì)算精度與計(jì)算效率，是有限單元法的基礎(chǔ)步驟，包含一下三個(gè)方面的內(nèi)容：</p><p>　?。?）單元類型選擇。離散化首先要選定單元類型，這包括單元形狀、單元節(jié)點(diǎn)數(shù)與節(jié)點(diǎn)自由度數(shù)等三個(gè)方面的內(nèi)容。</p><p>　?。?）單元?jiǎng)澐?。劃分單元時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：a.網(wǎng)格劃分越細(xì)，節(jié)點(diǎn)越多，計(jì)算結(jié)果越精細(xì)。網(wǎng)格加密到一定程度后計(jì)算精度的提高就不明顯，對(duì)應(yīng)力應(yīng)變變化平緩的區(qū)域不必要細(xì)分網(wǎng)格。b.

66、單元形態(tài)應(yīng)盡可能接近相應(yīng)的正多邊形或正多面體，如三角形單元三邊應(yīng)盡量接近，且不出現(xiàn)鈍角；矩陣單元長(zhǎng)寬不宜相差過(guò)大等。c.單元節(jié)點(diǎn)應(yīng)與相鄰單元節(jié)點(diǎn)相連接，不能置于相鄰單元邊界上。d.同一單元由同種材料構(gòu)成。e.網(wǎng)格劃分應(yīng)盡可能有規(guī)律，以利于計(jì)算機(jī)自動(dòng)生成網(wǎng)格。</p><p><b>　?。?）節(jié)點(diǎn)編碼。</b></p><p><b>　　2. 單元分析&l

67、t;/b></p><p>　　通過(guò)對(duì)單元的力學(xué)分析建立單元?jiǎng)偠染仃嘖e 。</p><p><b>　　3. 整體分析</b></p><p>　　整體分析包括以下幾方面內(nèi)容：</p><p>　?。?）集成整體節(jié)點(diǎn)載荷向量P。結(jié)構(gòu)離散化以后，單元之間通過(guò)節(jié)點(diǎn)傳遞力，所以有限單元法在結(jié)構(gòu)分析中只采用節(jié)點(diǎn)載荷，所以

68、作用在單元上的集中力、體積力與表面力都必須靜力等效地移置到節(jié)點(diǎn)上去，形成等效節(jié)點(diǎn)載荷。最后，將所有節(jié)點(diǎn)載荷按照整體節(jié)點(diǎn)編碼順序組集成整體節(jié)點(diǎn)載荷向量。</p><p>　?。?）集成整體剛度矩陣K，得到總體平衡方程：</p><p>　?。?-1） </p><p>　?。?

69、）引進(jìn)邊界約束條件，解總體平衡方程求出節(jié)點(diǎn)位移[5]。</p><p>　　2.1.2 有限元法的程序?qū)崿F(xiàn)</p><p>　　從使用有限元程序的角度來(lái)講，有限元分析可分為前處理、計(jì)算和后處理三大步。前處理是對(duì)計(jì)算對(duì)象網(wǎng)格劃分、形成計(jì)算模型的過(guò)程。包括單元類型的選擇，結(jié)構(gòu)的材料特征參數(shù)的確定，實(shí)體建模，節(jié)點(diǎn)和單元網(wǎng)格的確定，并確定邊界條件或約束條件、移置載荷等。許多商用有限元軟件不僅提供了

70、與主流CAD系統(tǒng)的接口，自己本身也有很好的實(shí)體建模功能。有限元軟件都提供了一種以上的網(wǎng)格劃分方法，以供使用者根據(jù)計(jì)算要求進(jìn)行選擇。</p><p>　　計(jì)算過(guò)程是，在形成總剛度方程和約束處理后，求解大型聯(lián)立方程組，最終得到各個(gè)節(jié)點(diǎn)位移。由于商用軟件已經(jīng)針對(duì)多種模型進(jìn)行過(guò)驗(yàn)證運(yùn)算，因此只需要按照提示輸入各種條件，包括收斂的方法（在軟件中，這常被稱為求解器）等，然后計(jì)算機(jī)就可以進(jìn)行計(jì)算，并得出計(jì)算結(jié)果。</p&

71、gt;<p>　　后處理是對(duì)計(jì)算結(jié)果（應(yīng)力、應(yīng)變或振型等）的整理，形成等應(yīng)力線、變形圖、振型圖等，然后將結(jié)果輸出。</p><p>　　目前有限元程序可分為大型通用程序、專用程序和自編特殊程序三大類。有限元法發(fā)展至今，各種通用程序、專用程序的求解功能齊全，前后處理方便，刮板輸送機(jī)結(jié)構(gòu)中大部分的有限元靜態(tài)分析、固有特性分析、動(dòng)態(tài)分析等，都可以用這些程序來(lái)分析計(jì)算。目前應(yīng)用較多的有限元軟件主要有美國(guó)MS

72、C公司的大型線性分析軟件MSC.Nastran、大型非線性分析軟件MSC.Marc、美國(guó)ANSYS公司的大型綜合有限元軟件ANSYS、美國(guó)EDS公司的結(jié)構(gòu)分析軟件I-DEAS和美國(guó)奧博世軟件公司的高級(jí)有限元分析軟件ABAQUS等。</p><p>　　2.2 通用有限元分析軟件</p><p>　　大型工程結(jié)構(gòu)龐大，計(jì)算模型復(fù)雜，因而，它的分析軟件一般由前后處理器和分析求解器兩個(gè)軟件集成，

73、并在兩者之間常設(shè)有功能強(qiáng)大的軟件接口，目的是保持這兩部分的相互獨(dú)立性并方便于與其它軟件的連接。</p><p>　　前處理器的主要功能是：形成并提交求解器能識(shí)別的有限元模型數(shù)據(jù)文件，包括數(shù)據(jù)文件的輸入輸出功能、自動(dòng)網(wǎng)格劃分功能、生成幾何圖形功能和圖形顯示及輸出功能。因此，前處理器要處理數(shù)據(jù)文件，讀寫(xiě)描述有限元模型的數(shù)據(jù)庫(kù)文件，生成求解器可識(shí)別的輸入數(shù)據(jù)文件，讀寫(xiě)并記錄各種操作的命令編輯過(guò)程文件等。</p&g

74、t;<p>　　求解器的主要功能是：對(duì)有限元模型形成的整體方程組進(jìn)行計(jì)算和分析，包括帶寬優(yōu)化、方程組求解方法的選取、確定收斂判斷依據(jù)等等。因此，它是有限元的理論方法、計(jì)算方法和軟件分析方法的結(jié)晶。</p><p>　　后處理器的主要功能是：處理求解器分析后的結(jié)果，包括識(shí)別求解器生成的格式化及非格式化結(jié)果文件，將結(jié)果寫(xiě)成各種常用的圖形文件，還要以圖形、動(dòng)畫(huà)、曲線、表格和文件形式分別顯示求解器分析后的結(jié)

75、果等。</p><p>　　軟件接口的主要功能是：讀寫(xiě)可被其它的CAD/CAE軟件識(shí)別的各種文件，實(shí)現(xiàn)與其它CAD/CAE軟件間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換功能，使得幾何建?？梢杂傻谌紺AD/CAE軟件來(lái)提供，如此它增強(qiáng)了軟件本身的強(qiáng)大兼容性。</p><p>　　我國(guó)已經(jīng)引進(jìn)的主要有限元分析軟件有：SAP5，SAP7，SUPERSAP，ADINA，ANSYS，I-DEAS，PRO/E，NE/NASTRA

76、N以及FEMAP等等。</p><p>　　2.2.1 前后處理器主要軟件</p><p>　　1. MSC/patran</p><p>　　NRSTRAN/PRTRAN.MSC/MARC是美國(guó)宇航局專用軟件產(chǎn)品，是世界公認(rèn)最佳的集幾何訪問(wèn)、有限元建模、分析求解及數(shù)據(jù)可視化于一體的新一代框架式軟件系統(tǒng)，通過(guò)其全新的“并行工程概念”和無(wú)可比擬的工程應(yīng)用模塊，將CAD

77、/CAM/CAE/CAT軟件系統(tǒng)及用戶自編程序自然地融為一體。它獨(dú)有的SGM（單一幾何模型）技術(shù)可直接在幾何模型一級(jí)訪問(wèn)各類CAD軟件數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。</p><p>　　2. MSC.Marc</p><p>　　MSC.Marc是原美國(guó)MARC全球第一家非線性有限元軟件公司的產(chǎn)品，它提供MSC.Marc的前后處理圖形對(duì)話界面，具有以ACIS為內(nèi)核的一流實(shí)體造型功能，能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)六面體網(wǎng)格劃

78、分，具有多種材料模型定義和邊界條件定義功能，分析過(guò)程控制定義和遞交分析、自動(dòng)檢查分析模型完整性等功能。并可直接訪問(wèn)常用的CAD/CAE系統(tǒng)。主要功能有：生成物理模型的離散幾何表示，即提供有限元模型所需的幾何信息；綜合分析模型的各種非幾何信息，交互式定義邊界載荷條件、輸入材料模型及參數(shù)、定義載荷工況等；定義控制分析的各種參數(shù)，遞交各種場(chǎng)問(wèn)題分析，分析結(jié)果的各種顯示和后處理。</p><p><b>　　3

79、. FEMAP</b></p><p>　　FEMAP是美國(guó)SDRC公司開(kāi)發(fā)的有限元建模（前處理）和后處理軟件。其主要特點(diǎn)是具有強(qiáng)大的圖形建模功能，可以導(dǎo)入或?qū)С鰩缀文Ｐ臀募头治瞿Ｐ臀募?，可直接訪問(wèn)各類CAD軟件數(shù)據(jù)庫(kù)文件，其自動(dòng)劃分單元技術(shù)能通過(guò)“拖拉”或“旋轉(zhuǎn)”等操作，將曲線、直線單元變成薄殼單元，進(jìn)而將薄殼單元轉(zhuǎn)化為實(shí)體單元。采用它的“滑線單元”可以完成兩變形體在接觸邊界上的過(guò)渡連接，因此解決

80、了用間隙單元處理的一般軟件存在的弊病。</p><p><b>　　4. Pro/e</b></p><p>　　Pro/e是由Pro/eNGINEER，Pro/DESIGNE，Pro/MECHANICA三大部分組成，具有特殊的參數(shù)化設(shè)計(jì)概念，支持同步工程，并以特征為基礎(chǔ)進(jìn)行參數(shù)化模型構(gòu)建。其主要功能在于可進(jìn)行參數(shù)化的實(shí)體設(shè)計(jì)，功能包括三維造型、曲面設(shè)計(jì)、建立工程圖、

81、模具設(shè)計(jì)和逆向工程等等。其中Pro/MECHANICA為一款功能仿真軟件，也可以進(jìn)行產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)分析、熱傳導(dǎo)分析和振動(dòng)分析。使用Pro/MESI可將已建立的實(shí)體模型自動(dòng)產(chǎn)生有限元網(wǎng)格，并將其輸入到常用的有限元分析軟件中進(jìn)行分析。</p><p>　　其它建模軟件還有UG、AutoCAD、Solid works等，均可進(jìn)行幾何建模并作為第三方軟件引入。</p><p>　　2.2.2 求解器主

82、要軟件</p><p>　　1. MSC.NASTRAN</p><p>　　MSC.NASTRAN為MSC公司產(chǎn)品，是世界上功能最全面、性能最優(yōu)越、應(yīng)用領(lǐng)域最廣泛的大型通用結(jié)構(gòu)有限元分析軟件，也是全球CAE工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的源代碼程序。它能有效解決各類大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、屈曲、模態(tài)、動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)、非線性、聲學(xué)和噪聲學(xué)、流體/結(jié)構(gòu)耦合、氣動(dòng)彈性、超單元、慣性釋放及結(jié)構(gòu)優(yōu)化等問(wèn)題。</

83、p><p>　　2．MSC.MAAC</p><p>　　MSC.MAAC是處理高度組合非線性結(jié)構(gòu)、熱及其它物理場(chǎng)和耦合場(chǎng)問(wèn)題的高級(jí)有限元分析軟件。它能提供多種場(chǎng)間問(wèn)題的求解功能，包括各種結(jié)構(gòu)的位移場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)分析、非結(jié)構(gòu)的溫度場(chǎng)分析、流場(chǎng)、電磁場(chǎng)、聲場(chǎng)分析和多種場(chǎng)的耦合分析。它具有可靠的處理高度非線性問(wèn)題的能力和基于求解器的極大開(kāi)放性，被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品加工過(guò)程仿真、性能仿真和初步優(yōu)化設(shè)計(jì)。同時(shí)

84、，它可提供先進(jìn)的虛擬產(chǎn)品加工過(guò)程和運(yùn)行過(guò)程的仿真功能，為進(jìn)行產(chǎn)品優(yōu)化和設(shè)計(jì)提供依據(jù)。</p><p>　　3. NE/nastran</p><p>　　NE/nastran主要進(jìn)行非線性有限元分析。該軟件具有較廣泛的單元庫(kù)定義，結(jié)果文件可讀性好，除了可進(jìn)行屈曲和模態(tài)分析外，還有自己獨(dú)特的分析功能。如采用“纜索單元”適用慣性松弛、慣性張力、熱載荷和伸展失效等狀態(tài)的分析，可模擬一根松弛電纜加

85、載拉緊后突然折斷的全過(guò)程，這種單元可用于所有的分析求解中，包括預(yù)張緊和熱轉(zhuǎn)換的動(dòng)態(tài)分析。它還支持動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)分析方法在沖擊震動(dòng)頻譜分析中的應(yīng)用。</p><p><b>　　4. ANSYS</b></p><p>　　本文主要使用ANSYS軟件，在下面將加以詳細(xì)介紹說(shuō)明。</p><p>　　2.3 ANSYS的主要分析功能</p>

86、<p>　　ANSYS公司成立于1970年，總部位于美國(guó)賓夕法尼亞州的匹茲堡，目前是世界計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)行業(yè)中最大的公司。ANSYS公司一直致力于分析設(shè)計(jì)軟件的開(kāi)發(fā)、維護(hù)及售后服務(wù)，不斷吸取當(dāng)今世界最新的計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)，領(lǐng)導(dǎo)著有限元界的發(fā)展趨勢(shì)，并為全球工業(yè)界所廣泛接受，擁有全球最大的用戶群。</p><p>　　ANSYS公司的ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、熱、流體、電磁、聲學(xué)于一體的大型通

87、用有限元分析軟件，可廣泛應(yīng)用于核工業(yè)、鐵道、石油、化工、航空航天、機(jī)械制造、能源、汽車(chē)交通、國(guó)防軍工、電子、土木工程、造船、生物醫(yī)學(xué)、輕工、水利等一般工業(yè)及科學(xué)研究。該軟件提供了一個(gè)改進(jìn)的功能清單，具體包括：結(jié)構(gòu)高度非線性分析、電磁分析、計(jì)算流體動(dòng)力分析、大應(yīng)變、設(shè)計(jì)優(yōu)化、自適應(yīng)網(wǎng)格劃分、接觸分析、有限轉(zhuǎn)動(dòng)功能以及利用ANSYS參數(shù)設(shè)計(jì)語(yǔ)言（APDL）的擴(kuò)展宏命令功能?；贛otif的菜單系統(tǒng)使用戶能夠通過(guò)對(duì)話框、下拉式菜單和子菜單進(jìn)行

88、數(shù)據(jù)輸入和功能選擇，方便用戶操作。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，用戶可以使用ANSYS有限元軟件對(duì)產(chǎn)品性能進(jìn)行仿真分析，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，降低設(shè)計(jì)成本，縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)效率。它是現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中高級(jí)的CAD/CAE軟件之一。</p><p>　　ANSYS有限元分析軟件具有強(qiáng)大的功能，其主要的技術(shù)特點(diǎn)如下：它是唯一能實(shí)現(xiàn)多場(chǎng)與多場(chǎng)耦合分析的軟件，唯一實(shí)現(xiàn)前后處理、求解及多場(chǎng)分析統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫(kù)的一體化大型CAE分析軟件，唯一具有多

89、物理場(chǎng)優(yōu)化功能的CAE軟件；具有強(qiáng)大的非線性分析功能；支持異種異構(gòu)功能網(wǎng)格浮動(dòng)，在異種異構(gòu)平臺(tái)上支持界面統(tǒng)一，數(shù)據(jù)文件通用；具有強(qiáng)大的并行計(jì)算功能，支持分布式并行和共享內(nèi)存式并行；具有多種用戶網(wǎng)格劃分技術(shù)以及完善的用戶開(kāi)發(fā)環(huán)境。同時(shí)，ANSYS軟件擁有豐富和完善的單元庫(kù)、材料庫(kù)和求解器，保證了它能高效地求解各類結(jié)構(gòu)的靜力、動(dòng)力、振動(dòng)、線性和非線性問(wèn)題，穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熱分析以及結(jié)構(gòu)耦合問(wèn)題，壓縮和可壓縮流體問(wèn)題。它提供友好的圖形界面和程序結(jié)構(gòu)

90、、交互式的前后處理和圖形軟件，大大地減輕了用戶在實(shí)際工程問(wèn)題中建模、求解以及結(jié)果分析的工作量。它的同意集中式的數(shù)據(jù)庫(kù)保證了各模塊之間的有效可靠的集成，并實(shí)現(xiàn)了與多個(gè)CAD/CAE軟件的連接。ANSYS軟件功能的強(qiáng)大與其有著很多的模塊應(yīng)用是分不開(kāi)的，ANSYS的模塊化結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。</p><p>　　2.4 ANSYS分析的一般流程</p><p><b>　　1.建立幾何

91、模型</b></p><p>　　有限元分析的最終目的是要還原一個(gè)實(shí)際工程系統(tǒng)的數(shù)學(xué)行為特征，換句話說(shuō)分析必須是針對(duì)物理原型的準(zhǔn)確數(shù)學(xué)模型。在ANSYS中，模型生成是指用節(jié)點(diǎn)和單元表示空間體域及實(shí)際系統(tǒng)連接的生成過(guò)程。在建立模型之前，首先對(duì)模型進(jìn)行總體規(guī)劃，以確定如何對(duì)工程實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行數(shù)值模擬。根據(jù)實(shí)際問(wèn)題的分析目標(biāo)，對(duì)實(shí)際問(wèn)題做出合理簡(jiǎn)化，選擇合適的單元類型，確定有限元網(wǎng)格密度。并且還要對(duì)計(jì)算所用時(shí)

92、間和計(jì)算結(jié)果的精度這一矛盾進(jìn)行平衡考慮。</p><p><b>　　2.有限元模型</b></p><p>　　有限元模型用有限數(shù)目的未知量模擬真實(shí)的物理系統(tǒng)，不同物理系統(tǒng)的未知量不同。例如，結(jié)構(gòu)分析的未知量時(shí)節(jié)點(diǎn)的位移，而溫度分析的未知量是溫度等。有限元模型的主要要素是節(jié)點(diǎn)、單元、實(shí)常數(shù)、材料屬性、邊界條件和載荷，該模型由簡(jiǎn)單的單元組成，單元間通過(guò)節(jié)點(diǎn)連接并承受一

93、定的載荷。實(shí)體模型劃分網(wǎng)格后生成有限元模型，為施加邊界條件、載荷和求解做好準(zhǔn)備。有限元模型的建立一般分為一下幾個(gè)步驟：?jiǎn)卧愋瓦x擇，定義單元實(shí)常數(shù)和材料屬性，劃分網(wǎng)格等。</p><p>　　3.施加載荷及邊界條件</p><p>　　ANSYS的邊界條件可以直接施加到有限元模型上，也可以施加到幾何模型上，只要幾何模型與有限元模型相關(guān)，ANSYS便會(huì)自動(dòng)將其條件轉(zhuǎn)化到有限元模型上。ANSY

94、S中隨時(shí)間或空間變化的、復(fù)雜的邊界條件，一般通過(guò)載荷文件來(lái)施加。</p><p><b>　　4.求解</b></p><p>　　在建立有限元模型并完成邊界條件和載荷條件的施加后，下一步就是對(duì)有限元進(jìn)行求解。求解的過(guò)程就是ANSYS通過(guò)有限元建立聯(lián)立方程，計(jì)算聯(lián)立方程的結(jié)果。ANSYS的求解算法有直接求解法、稀疏矩陣直接求解法、雅克比共軛梯度法、條件共軛梯度法等。按

95、照程序可以根據(jù)有限元模型自動(dòng)選擇合適的算法，也可以指定求解方法。</p><p><b>　　5.查看分析結(jié)果</b></p><p>　　在建立有限元模型并進(jìn)行求解以后，往往需要得到一些關(guān)鍵問(wèn)題的答案，譬如結(jié)構(gòu)物體的最大應(yīng)力和最大位移，零件的溫度如何隨時(shí)間變化等等。這些都要在ANSYS的后處理中進(jìn)行。后處理就是觀察和分析有限元的計(jì)算結(jié)果，這在有限元分析中占有重要的地

96、位，工程上對(duì)結(jié)果的評(píng)價(jià)決定了有限元分析是否正確，也決定了出事的載荷條件對(duì)分析結(jié)果的影響的大小，從而對(duì)項(xiàng)目的可行性等做出客觀的評(píng)價(jià)[6]。</p><p>　　考慮到有限元軟件ANSYS功能強(qiáng)大，而且已經(jīng)有廣泛的應(yīng)用，特別是ANSYS提供了強(qiáng)大的計(jì)算能力和后處理功能。因此，本文使用有限元法對(duì)刮板輸送機(jī)的振動(dòng)與噪聲進(jìn)行研究，采用ANSYS軟件作為分析工具進(jìn)行模態(tài)分析。</p><p><

97、b>　　2.5 本章小結(jié)</b></p><p>　　本章主要介紹了有限元的基本思想和有限元的分析過(guò)程，然后介紹了有限元的幾種基本軟件，最后重點(diǎn)介紹了ANSYS的基本結(jié)構(gòu)和分析的一般流程，為下面的具體分析打下了良好的基礎(chǔ)。</p><p>　　第3章 刮板輸送機(jī)的模態(tài)分析</p><p>　　眾所周知，噪聲的形成是因?yàn)檎駝?dòng)，刮板輸送機(jī)噪聲振動(dòng)的主要

98、激勵(lì)來(lái)自刮板傳動(dòng)系統(tǒng)部件之間的共振。在刮板輸送機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要在理論上進(jìn)行模態(tài)分析和噪聲預(yù)測(cè)，了解所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的動(dòng)態(tài)特性，實(shí)現(xiàn)低噪聲設(shè)計(jì)。當(dāng)然，可采用試驗(yàn)的方法測(cè)定刮板輸送機(jī)的振動(dòng)和噪聲，但是僅適用于產(chǎn)品測(cè)試，成本太高，而且在設(shè)計(jì)階段無(wú)法進(jìn)行。為此，本文將闡述刮板輸送機(jī)主要部件的模態(tài)分析方法，該方法可以在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行振動(dòng)及噪聲預(yù)測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)部件的結(jié)構(gòu)改進(jìn)。</p><p>　　3.1 Pro/e模型的建立<

99、/p><p>　　建立準(zhǔn)確可靠的計(jì)算模型，是應(yīng)用有限元法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析的最重要的步驟之一。結(jié)構(gòu)有限元法計(jì)算結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性在很大程度上取決于計(jì)算模型的準(zhǔn)確性。但是準(zhǔn)確性提高的必然結(jié)果是計(jì)算經(jīng)濟(jì)性的下降。因此本文在保證計(jì)算模型準(zhǔn)確性的基礎(chǔ)上同時(shí)兼顧計(jì)算的經(jīng)濟(jì)性。</p><p>　　刮板輸送機(jī)主要部件，如刮板、溜槽、圓環(huán)鏈為刮板傳動(dòng)系統(tǒng)噪聲的主要來(lái)源，其實(shí)際模型如圖3-1所示。研究刮板輸送機(jī)噪聲

100、機(jī)理，就應(yīng)該建立溜槽、刮板和圓環(huán)鏈的三維模型。但是刮板輸送機(jī)的實(shí)際形狀比較復(fù)雜，尤其刮板和溜槽。所以需要對(duì)模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，突出分析的重點(diǎn)，忽略次要因素才能取得滿意的分析結(jié)果。為了實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)的有限元?jiǎng)恿Ψ治?，需要進(jìn)行如下簡(jiǎn)化：</p><p>　　忽略不起主要作用的倒角和倒圓角，尤其是尺寸較小的倒角和倒圓。</p><p>　　將模型上具有復(fù)雜曲面的地方簡(jiǎn)化為有規(guī)則的、利于網(wǎng)格劃分的

101、形狀，避免出現(xiàn)3°以下的尖角。</p><p>　　根據(jù)有限元網(wǎng)格劃分的需要，將那些尺寸小于1-3mm的線、面、體等幾何元素進(jìn)行處理，以便能減小網(wǎng)格單元的數(shù)量。</p><p>　　忽略不起主要作用的、用來(lái)固定其它附屬零件的螺孔、凸臺(tái)。</p><p>　　3.1.1 刮板Pro/e模型的建立</p><p>　　刮板具有典型的曲面

102、形狀，考慮到用智能劃分網(wǎng)格的需要，將復(fù)雜曲面簡(jiǎn)化為簡(jiǎn)單的光滑曲面，并且忽略了部分倒圓角。SGD-630/264刮板輸送機(jī)中心單鏈?zhǔn)経型刮板的模型如圖3-2所示，參數(shù)如表3-1所示[10]。</p><p>　　表3-1 SGD-630/264中心單鏈?zhǔn)経型刮板模型參數(shù)</p><p>　　繪圖時(shí)采用兩次拉伸完成，第一次拉伸草圖如圖3-3所示，拉伸的半成模型如圖3-4所示。</p>

103、;<p>　　第二次拉伸草圖如圖3-5所示，拉伸所得刮板模型如圖3-6所示。</p><p>　　3.1.2 溜槽Pro/e模型的建立</p><p>　　溜槽模型建立的時(shí)候，考慮到映射劃分網(wǎng)格的需要，忽略了部分圓角和不起主要作用的螺栓孔。在Pro/e中可以直接采用一次拉伸，即得溜槽的模型。在繪制拉伸草圖時(shí)，可以先畫(huà)出左上部分的草圖，然后采用鏡像繪制其它部分草圖，拉伸草圖如圖

104、3-7所示，所得溜槽的Pro/e模型如圖3-8所示。</p><p>　　3.1.3 圓環(huán)鏈Pro/e模型的建立</p><p>　　刮板鏈的連接環(huán)是相互接觸的圓環(huán)鏈組成的，在進(jìn)行力學(xué)分析時(shí)，往往需要設(shè)定圓環(huán)鏈的接觸邊界條件。但是在模態(tài)分析時(shí)，非線性的邊界條件對(duì)模型的固有頻率是沒(méi)有影響的，即使對(duì)模型施加非線性的邊界條件，也會(huì)被系統(tǒng)默認(rèn)為線性邊界條件。所以對(duì)圓環(huán)鏈的模態(tài)分析，只需要分析一個(gè)環(huán)

105、就可以。在Pro/e中，采用伸出項(xiàng)的方法，先繪制圓環(huán)鏈的軌跡草圖，在繪制截面形狀，即可得到圓環(huán)鏈的Pro/e模型，所得模型如圖3-9所示。</p><p>　　3.2 有限元模型的建立</p><p>　　有限元模型用有限數(shù)目的未知量模擬真實(shí)的物理系統(tǒng)的未知量。有限元模型的主要要素是節(jié)點(diǎn)、單元、實(shí)常數(shù)、材料的屬性、邊界條件和載荷。該模型由簡(jiǎn)單的單元組成，單元間通過(guò)節(jié)點(diǎn)連接并承受一定的載荷。