انضم إلى منتدى المصممين
خبرتك ضرورية للمجتمع. انضم إلينا وساهم بمعرفتك
انضم إلى المنتدى الآنشارك وتعلّم وتقدّم مع أفضل المحترفين في هذا المجال
اقتران طريقة العناصر المنفصلة (DEM) وتحليل العناصر المحدودة (FEA) لتعزيز أداء جسم الشاحنة: تقليل الوزن مع الحفاظ على القوة.
التحديات
تواجه الصناعات التي تتعامل مع المواد السائبة أو المعدات الثقيلة تحديات كبيرة تتعلق بالأداء الهيكلي ، التآكل ، والكفاءة التشغيلية. تعتمد طرق التصميم التقليدية غالبًا على الاختبارات التجريبية والعلاقات التجريبية ، والتي يمكن أن تكون مكلفة ، وتستغرق وقتًا طويلاً ، ومحدودة في النطاق. هذا هو المكان المحاكاة الحسابية ، وتحديدا اقتران طريقة عنصر منفصل (ديم) وتحليل العناصر المحدودة (FEA)، يصبح أداة قوية. تشمل التحديات الرئيسية التي تواجهها بعض الصناعات:
السلامة الهيكلية تحت الأحمال الثقيلة
- التعدين. تفريغ أسرة الشاحنات ودلو حفارة من الآثار الصخرية المتكررة ، مما يؤدي إلى التعب والشقوق.
- أسمنت. الأفران الدوارة تحمل الإجهاد الميكانيكي من حركة كلنكر.
التآكل وتدهور المواد
- التعدين. تتآكل خطوط أنابيب الملاط والمضخات بسبب تدفقات الجسيمات الكاشطة.
- فُولاَذ. نطاط فرن الصهر تآكل من تأثير خام الحديد المستمر.
توزيع الحمل وتركيز الإجهاد
- الزراعة والطعام. تقوم الصوامع بتطوير تركيزات الإجهاد بسبب تدفق الحبوب غير المتكافئ.
- الترشيح الصناعي. تعاني من معالجة الأوساط من الإجهاد الهيكلي من جسيمات عالية السرعة.
تحسين الوزن واستخدام المواد
- آلات ثقيلة. يجب أن تكون إطارات حزام النقل خفيفة الوزن ولكنها مقاومة لأحمال التأثير.
- السيارات. تتطلب مقطورات نقل المواد السائبة تحسين المواد لتقليل الوزن مع الحفاظ على المتانة.
الحلول الهندسية
ال اقتران طريقة العناصر المنفصلة (DEM) وتحليل العناصر المحدودة (FEA) يوفر حلاً قويًا لتقييم الأداء الهيكلي للمواد السائبة معدات المعدات. من خلال دمج تفاعلات الجسيمات مع الاستجابة الهيكلية ، يمكّن هذا النهج المهندسين من التنبؤ التآكل وتوزيع الإجهاد والتعبو تحسين التصميمات لمزيد من المتانة والكفاءة.
طُرق
لتقييم قوى التأثير بدقة على جسم شاحنة وتحديد الضغوط الهيكلية الناتجة ، يعتمد المهندسون على طريقتين عدديتين قويتين: طريقة العناصر المنفصلة (DEM) وطريقة العناصر المحدودة (FEM أو FEA). تلعب كل طريقة دورًا مهمًا في فهم جوانب مختلفة من المشكلة.
ديم يستخدم لمحاكاة سلوك الجزيئات (مثل شظايا الصخور) أثناء التحميل. إنه يوفر رؤى أساسية حول كيفية تفاعل الصخور وسرعاتها ومواقع التأثير والقوى الناتجة التي يتم تطبيقها إلى جسم الشاحنة. لتحقيق نتائج واقعية ، يجب على المهندسين تحديد معلمات الإدخال الحرجة مثل توزيع حجم الصخور والشكل والكثافة والخصائص الميكانيكية.- FEA يركز على الاستجابة الهيكلية للقوى المختلفة. يسمح للمهندسين بالتحليل توزيع الإجهاد والتشوه وقاعدة مناطق الفشل المحتملةD على خصائص المواد للمكونات الهيكلية. تشمل المدخلات الأساسية خصائص المواد ، ومعلومات حول الدعم وحدود التحميل ، وحدود التعب.
ديمإلى جانب هذه القدرات الأساسية ، يتيح نهج DEM-FEA ADVAتحليلات nced ، مثل الهندسة التحسين والتنبؤ بالتعب وتقييم الطاقة، جيفمهندسي جي فهم أعمق لكيفية تأثير المواد السائبة على المكونات الهيكلية مع مرور الوقت. هذه المنهجية ضرورية للصناعات التي تتطلع إلى تعزيز المتانة ، وتقليل تكاليف الصيانة ، وتحسين الكفاءة التشغيلية.
لإظهار قوة هذا النهج ، نقدم أ العرض التوضيحي على التحليل الهيكلي وتحسين جسم تفريغ الشاحنة، حيث يتم تطبيق DEM-FEA لتقييم أحمال المواد ، ومستويات التوتر ، وتحسينات التصميم. Ansys Rocky هي أداة DEM التي تسمح بمعالجة جزيئات بأشكال مختلفة وأحجام (بما في ذلك التوزيعات) وأنواع مدخل الجسيمات وما إلى ذلك. يوضح الجدول التالي بعض أنواع الجسيمات العامة (باللون الأحمر) والأشكال التي يمكن تحقيقها عن طريق تغيير بعض المعلمات الداخلية.
نتائج
لهذا العرض التوضيحي ، يتم تحليل جسم تفريغ 3.3 MX 0.95 م من الشاحنة. من المفترض أن يتم إطلاق المواد السائبة مع توزيع حجم الجسيمات (PSD) – لملء الجسم. يتم وصف الوحدات النمطية المشاركة في سير العمل المعني على النحو التالي:
- الوحدة أ: هندسة سطح شاحنة القمامة
- الوحدة ب: وحدة صخرية لحل محاكاة DEM
- الوحدة C: هندسة سطح شاحنة القمامة والدعم الهيكلي
- الوحدة النمطية: التحليل الهيكلي الثابت في الميكانيكية
- الوحدة E: التحسين المباشر
الهندسة في الوحدة أ يظهر أدناه على الرسوم المتحركة اليسرى للصخور تملأ الصندوق. الرسوم المتحركة على اليمين هي عرض من الأسفل لمراقبة الحجم الفوري وموقع القوة العمودية (المحور ص) الناتج عن تأثير الصخور. روكي في الوحدة ب يوفر أيضًا مؤامرات زمنية لتحديد سلوك المتغير مع مرور الوقت. لاحظ أن الحد الأقصى لقوة -101،296 N يتم إنتاجه عند t = 2.95 ثانية. بعد ذلك ، يتم تصدير مجموعة نتائج الضغط إلى ANSYS Mechanical. يمكن للمستخدم الاختيار من بين هذه الخيارات لتصدير الضغط: جميع العواصف ، والإخراج الأخير ، والنطاق الزمني ، ووقت محدد ، وبعد الوقت. تم تحديد إجمالي وقت المحاكاة المنقضي ليكون 140 ثانية (2 دقيقة 20 ثانية).
الهندسة في الوحدة ج، بما في ذلك الدعم ، بمثابة مدخلات ل تحليل هيكلي ثابت في الوحدة د. يجب أن يكون حجم الشبكة مشابهًا لتلك المستخدمة في تحليل DEM لضمان الاتساق في نقل الحمل. بمجرد تحديث النتائج في وحدة صخرية، يمكن إعداد الضغط – الذي تم استيراده كحمل – بشكل صحيح وسيظهر كما هو موضح في الصورة أدناه. وقت المحاكاة لهذه القضية قصيرة نسبيا.
أ دعم ثابت يستخدم أيضًا لإنشاء قوة رد الفعل الرأسية 101،570 ن، والتي تتم مقارنتها بعد ذلك بالقيمة المحسوبة في روكي في 2.95 ثانية يساوي 101،296 ن. لهذا التصميم الأولي ، هناك ثلاثة دعمو سمك القشرة 10 مم. بناءً على النتائج ، يتطلب هذا التصميم تحسينًا ، مثل مستوى الإجهاد قريب من حد قوة العائد (250 ميجا باسكال) وعامل السلامة هو 1.16.
تحسين
لإعادة التصميم ، تعتبر المعلمات التالية:
- المدخلات. [1] سمك اللوحة (بين 1-20 مم) ، [2] عدد الدعم (بين 3-6).
- المخرجات. [1] كتلة لوحة ، [2] الحد الأقصى للتشوه ، [3] الحد الأقصى لمكافئ الإجهاد ، [4] الحد الأدنى عامل السلامة الثابت.
ال أداة التحسين المباشر في الوحدة د يستخدم لتحسين هندسة وقوة جسم تفريغ. تعتمد هذه الوحدة على الطريقة الواحدة الواحدة للتكيف لتقليل كتلة اللوحة (الهدف: 0) ، مع فرض قيود على الحد الأقصى للضغط المكافئ (200 ميجا باسكال) والحد الأدنى من عامل الأمان (1.5). باستخدام الإعدادات الافتراضية ، يتم إنشاء 33 نقطة تصميم إضافية تلقائيًا وحلها ، مما يلغي الحاجة إلى إعادة فتح ANSYS Rocky أو Mechanical. يتم تقريب عدد الدعم إلى رقم كامل. يظل وقت المحاكاة لكل نقطة تصميم مماثلة لتلك الخاصة بالتصميم الأولي في كل من ANSYS Rocky و Mechanical.
نتيجة لذلك ، تحدد وحدة التحسين المباشر ثلاث نقاط مرشح التي تلبي جميع الشروط المحددة في الخطوة السابقة. وتظهر هذه في الشكل التالي. لاحظ أن الكتلة تتميز بنجمة ، مما يشير إلى أنه لا يزال “بعيدًا” عن الصفر (الهدف) ، لكن القيم تظل مقبولة. أذكر أن “المعلمة 1” تشير إلى عدد الدعم ، الذي يتم تقريبه إلى رقم كامل وفقًا لذلك. مع هذه المعلومات ، يمكن للمهندس أو المصمم اتخاذ قرارات مستنيرة حول كيفية المتابعة مع التصميم.
انضم إلى منتدى المصممين
خبرتك ضرورية للمجتمع. انضم إلينا وساهم بمعرفتك
انضم إلى المنتدى الآنشارك وتعلّم وتقدّم مع أفضل المحترفين في هذا المجال