مرحباً يا حبر وقراءه الأعزاء!
في المقال (
الرابط ) ، تحدثنا عن تجربتنا في تنفيذ أدوات النمذجة العددية في الممارسة البحثية لشركة المعادن. يسعدنا أن هذا الموضوع قد وجد دعمًا وأثار اهتمامًا بين قراء المورد. اليوم سوف نتحدث عن الجانب العملي لمسألة استخدام الطرق العددية لحل المشكلات المطبقة ، وهي تقدم أحد مشاريعنا. سيكون حول مصنع تقطيع الصناعية المصممة لطحن الخردة المعدنية وتنظيفه من الشوائب.
المواد الخام للتقطيع هي خردة معدنية ، ونتيجة العمل هي وجبة معدنية. يمكن لطحن خردة المعادن زيادة كثافته الظاهرية ، والأهم من ذلك ، فرز وإزالة الشوائب ، بما في ذلك المعادن غير الحديدية ، والتي تتم معالجتها أيضًا ، ولكن بشكل منفصل.
كان الهدف من دراستنا هو الإطار الداعم لوجبة نقل المزلق الاهتزازي من المروحية إلى حزام النقل. حتى لا تظل الوجبة في الحضيض الاهتزازي ، فإن الحضيض نفسه يتعرض لأحمال ديناميكية - إنه يهتز.
نموذج هندسي من مزراب اهتزازي وإطار دعمأثناء صيانة المعدات ، بدأ اكتشاف الشقوق الموجودة في إطار الدعم ، خاصة عند اللحامات. لا يمكن تحديد سبب التلف عن طريق الطرق التقليدية ، ويرجع ذلك أساسًا إلى أن وصول الأفراد إليه محظور أثناء تشغيل جهاز التقطيع. كان من الضروري وضع وتنفيذ تدابير تهدف إلى القضاء على أسباب التكسير وتحسين موثوقية المعدات. الغرض من مشاركتنا هو استخدام أساليب المحاكاة العددية للتحقق من الفرضيات التي وضعها العميل على آلية تدمير إطار الدعم والإجراءات التصحيحية الممكنة.
كانت المرحلة الأكثر إشكالية في العمل هي جمع بيانات المصدر. من الناحية النظرية ، يتم تقديم هندسة الكائن (الرسومات أو النماذج الهندسية الجاهزة) ، والبيانات عن الخصائص الميكانيكية للمواد وظروف التحميل إلى الآلة الحاسبة كبيانات إدخال. تؤثر دقة بيانات المصدر بشكل مباشر على موثوقية نتائج نموذج الحساب. لم يكن هناك قدر كبير من البيانات في مشروعنا ، وتم ملء هذه الفجوات بالقياسات "اليدوية".
نتيجة لذلك ، تم تجميع النموذج الهندسي للتقطيع ، وتم بناء نموذج العناصر المحدودة ، وتم ترتيب جميع شروط التثبيت ، وبدأت الحسابات.
نموذج العناصر المحدودة: تم تقريب العناصر الهيكلية للصفائح المعدنية بالعناصر المحدودة للقذيفة (CE) ؛ نقاط تثبيت الأسلحة الدوارة - الأجهزة الصلبة العتلات الدوارة - شعاع CEلقد بدأنا بتقييم القوة الثابتة للهيكل. الأحمال الخارجية: الوزن الميت للهيكل وكتلة الوجبة على مستويات مختلفة من ملء الحضيض الاهتزازي. أظهر التحليل الثابت أنه حتى عندما يتم تحميل البالوعة بالكامل مع الوجبة ، فإن مستوى الضغوط الميكانيكية أقل بكثير من القيم الحدية ولا يمكن أن يكون سبب تدمير الهيكل المعدني.
التحليل الثابت: توزيع الضغوط المكافئة وفقًا Mises عند التحميل الكامل للمزراب مع الوجبة ، MPaأظهر تحليل تردد التصميم أن تردد الحمل التوافقي الخارجي يقترب من تردد التذبذبات في الشكل eigenform الثالث ، والذي يمكن أن يسبب الرنين.
ماذا سيحدث لتصميم إطار الدعم عند حدوث ذبذبات الرنين؟
للإجابة على هذا السؤال ، تم إجراء سلسلة من العمليات الحسابية الخطية (الديناميكية الشرطية) والديناميكية غير الخطية التي حاولنا عن عمد إدخال النظام في الرنين. تنوعت المعلمات التالية: تواتر الحمل الخارجي ± 15٪ من القيمة الأساسية ، ومستوى ملء "جسم" المزراب مع الوجبة (يؤثر على الخصائص الديناميكية للنظام) وتصلب الزنبرك ± 15٪ من القيمة الأساسية. تم الحصول على قيم المعلمات المتنوعة ومجموعاتها ، مما يؤدي إلى ظهور تذبذبات الرنين.
كشف التحليل أن الاهتزازات الرنانة تؤدي إلى تفاعلات التلامس بالصدمة بين أسطح محددات الحركة. تتجاوز مستويات الضغط الميكانيكي في وقت التصادم القيمة الحدية ، والتي قد تكون السبب في تدمير الهياكل المعدنية. لقد وجدنا تأكيدًا لهذا أثناء الفحص المتكرر للتركيب: في وقت الفحص ، لم يكن هناك مخمدات مطاطية على عدد من محددات السفر ؛ يتم تشويه اثنين من حدود السكتة الدماغية نهاية ، مما يدل على الآثار أثناء العملية.
التحليل الديناميكي غير الخطي: توزيع الضغوط المكافئة وفقًا لـ Mises في لحظة التأثير على أسطح محددات الحركة ، MPaاستنادًا إلى نتائج العمل ، توصلنا إلى الاستنتاج التالي - السبب الأكثر ترجيحًا للتدمير هو الاهتزازات الرنانة للهيكل ، ونتيجة لذلك ، تفاعلات التلامس مع الصدمات على أسطح محددات السفر. لا يمكن قول أسباب حدوث تذبذبات الرنين وفقًا للطراز الحالي (مع مراعاة دقة البيانات الأولية) بشكل مشروط: تشغيل المحرك بسرعات دورانية غير محسوبة ؛ تآكل آليات صندوق التروس ومحرك الأقراص ، مما يستلزم تغييرًا في وتيرة الحمل الخارجي ؛ "التعب" من الينابيع. لم يكتمل العمل بعد ، والآن نقوم بتحديث النموذج باستخدام بيانات المصدر المحدثة.
من وجهة نظر تطبيق طريقة العناصر المحدودة (FEM) على حل المشكلات العملية في الصناعة ، يوضح هذا المشروع بوضوح ما يلي:
- يسمح لك FEM بالبحث وتحليل العمليات التي لا يمكن ملاحظتها فعليًا ، على سبيل المثال ، بسبب قيود الوصول لأغراض الأمان أو الظروف البيئية أو العمليات التي تحدث في وحدات التخزين المغلقة ؛
- التحليل الذي أجري باستخدام FEM مع استنساخ دقيق إلى حد ما للفيزياء الحقيقية للعملية يجعل من الممكن الكشف عن معلمات العملية الحرجة ، حتى لو لم تكن وضعت في الفرضيات الأولية ؛
- أحد القيود الرئيسية للتطبيق العملي لـ FEM هو عدم كفاية جودة بيانات المصدر التي نواجهها في معظم مشاريعنا.
لمحبي المعلومات التقنية ، نعلم أنه تم تنفيذ هذا العمل باستخدام برنامج SIMULIA Abaqus على محطة التسوية Lenovo ThinkStation P720 (معالج Xeon Silver 4108 ، 128 جيجابايت من ذاكرة الوصول العشوائي). اعتمادًا على نوع التحليل (ثابت أو ديناميكي) ، تراوحت أبعاد النماذج العددية من 50 إلى 300 ألف عنصر محدود ؛ يستغرق وقت حساب النماذج حوالي بضع دقائق للتحليل الثابت وما يصل إلى ساعة للتحليل الديناميكي. بشكل عام ، استغرق كل العمل من بداية جمع البيانات الأولية لتشكيل التقرير وإصدار التوصيات 1 شهر.شارك في تأليف هذا المقال مع زميلي ديمتري نوشتيف ، وهو مهندس إنشائي ، دكتوراه