Оптимизация промышленного оборудования с DEM-FEA для статического анализа

Join the forum for Designers!

Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!

Share, learn and grow with the best professionals in the industry.

Метод сцепления дискретных элементов (DEM) и анализа конечных элементов (FEA) для повышения производительности тела грузовика: минимизировать вес при сохранении силы.

Проблемы

Промышленности, которые обрабатывают объемные материалы или тяжелое оборудование, сталкиваются с значительными проблемами, связанными с структурными характеристиками, износом и эффективностью работы. Традиционные методы проектирования часто полагаются на экспериментальное тестирование и эмпирические корреляции, которые могут быть дорогостоящими, трудоемкими и ограниченными по объему. Вот где вычислительное моделирование, в частности, связь Метод дискретного элемента (Дем) и анализ конечных элементов (FEA)становится мощным инструментом. Ключевые проблемы, с которыми сталкиваются некоторые отрасли, включают:

Структурная целостность при тяжелых нагрузках

• ДобычаПолем Кровати для самосвалов и ведра экскаваторов страдают повторными ударами по скалам, что приводит к усталости и трещинах.
• ЦементПолем Роторные печи терпят механическое напряжение от движения клинкера.

Износ и деградация материала

• ДобычаПолем Трубов и насосы разрываются из -за абразивных потоков частиц.
• СтальПолем Взрывная печь бункеры изнашиваются от непрерывного удара железной руды.

Распределение нагрузки и концентрация напряжения

• Сельское хозяйство и едаПолем Силоки развивают концентрации стресса из -за неровного потока зерна.
• Промышленная фильтрацияПолем Циклоны, обработанные порошками, испытывают структурное напряжение из высокоскоростных частиц.

Оптимизация веса и использования материала

• Тяжелая техникаПолем Конвейерные ленты должны быть легкими, но устойчивыми к воздействию.
• АвтомобильПолем Транспортные прицепы для объемного материала требуют оптимизации материала, чтобы уменьшить вес при сохранении долговечности.

Инженерные решения

А Связание метода дискретных элементов (DEM) и анализа конечных элементов (FEA) Предлагает мощное решение для оценки структурных характеристик оборудования для обработки оборудования. Интегрируя взаимодействие частиц со структурным откликом, этот подход позволяет инженерам предсказать износ, распределение напряжений и усталостьВ Оптимизация конструкций для большей долговечности и эффективности.

Методы

Чтобы точно оценить силы воздействия на корпус грузовика и определить полученные структурные напряжения, инженеры полагаются на два мощных численных метода: Метод дискретных элементов (DEM) и метод конечных элементов (FEM или FEA). Каждый метод играет решающую роль в понимании различных аспектов проблемы.

• Демография используется для имитации поведения частиц (например, фрагментов породы) во время нагрузки. Он дает ключевое представление о том, как взаимодействуют камни, их скорости, места воздействия и полученные силы, применяемые к корпусу грузовика. Для достижения реалистичных результатов инженеры должны определить критические входные параметры такой как Распределение по размерам, форма, плотность и механические свойстваПолем
• FEA фокусируется на Структурный ответ на разные силы. Это позволяет инженерам анализировать Распределение напряжений, деформация и база зон потенциального отказаD На свойствах материала структурных компонентов. Основные входные данные включают свойства материала, информацию о опорах и состоянии нагрузки, а также ограничения усталости.

Помимо этих фундаментальных возможностей, подход Dem-Fea позволяет Advaанализы NCED, такие как геометрия оптимизация, прогнозирование усталости и оценка энергии воздействияGivИнженеры более глубокое понимание того, как объемные материалы влияют на структурные компоненты с течением времени. Эта методология необходима для отраслей, стремящихся повысить долговечность, снизить затраты на техническое обслуживание и повысить эффективность эксплуатации.

Чтобы продемонстрировать силу этого подхода, мы представляем Демонстрация по структурному анализу и оптимизации тела свалки грузовикагде DEM-FEA применяется для оценки нагрузки на материалы, уровней напряжения и конструктивных улучшений. Ansys Rocky — это инструмент DEM, который позволяет обрабатывать частицы с разными формами, размеры (включая распределения), типы входа частиц и так далее. В следующей таблице показаны некоторые общие типы частиц (в красном цвете) и формы, которые могут быть достигнуты путем изменения некоторых внутренних параметров.

Результаты

Для этой демонстрации анализируется объем грузовика в размере 3,3 мкв 1,7 мкх 0,95 м. Предполагается, что объемный материал -рок с распределением частиц по размерам (PSD) — выделяется для заполнения тела. Модули, участвующие в вовлеченном рабочем процессе, описаны следующим образом:

• Модуль A: Геометрия поверхности самосвалы
• Модуль B: Rocky Module для решения моделирования DEM
• Модуль C: Геометрия поверхности самосвалов и структурных опор
• Модуль D: статический структурный анализ в механическом
• Модуль E: прямая оптимизация

Геометрия в Модуль а показан ниже на левой анимации камней, заполняющих коробку. Анимация справа представляет собой представление снизу, чтобы наблюдать мгновенную величину и местоположение вертикальной силы (оси Y), генерируемой воздействием пород. Рокки в Модуль б Обеспечивает также графики времени для определения поведения переменной с течением времени. Обратите внимание, что максимальная сила -101,296 N производится при t = 2,95 с. Затем набор результатов давления экспортируется в ANSYS Mechanical. Пользователь может выбрать среди этих параметров для экспорта давления: все мгновенные, последние выводы, диапазон времени, конкретное время и время. Общее время прошедшего времени моделирования было определено как 140 с (2 мин 20 с).

Геометрия в Модуль cвключая поддержки, служит входным введением для Статический структурный анализ в Модуль dПолем Размер сетки должен быть похож на то, что используется в DEM -анализ Чтобы обеспечить согласованность в передаче нагрузки. После обновления результатов в Скалистый модульдавление, которое приводит к тому, что нагрузка может быть должным образом настроено и будет отображаться, как показано на изображении ниже. Время симуляции для этого случая относительно короткое.

А Фиксированная поддержка также используется для создания Сила вертикальной реакции 101 570 нчто затем сравнивается со значением, рассчитанным в Скалистые в 2,95 с равны 101,296 нПолем Для этого первоначального дизайна есть Три опорыи Толщина раковины составляет 10 ммПолем Исходя из результатов, этот дизайн требует улучшения, как Уровень напряжения близок к ограничению прочности доходности (250 МПа), а коэффициент безопасности составляет 1,16.

Оптимизация

Для редизайна рассматриваются следующие параметры:

• Входные данныеПолем [1] Толщина пластины (между 1-20 мм), [2] Количество поддержки (между 3-6).
• ВыходыПолем [1] Масса тарелок, [2] Максимальная деформация, [3] Максимальный эквивалентный стресс, [4] Минимальный статический коэффициент безопасности.

А Инструмент прямой оптимизации в Модуль d используется для улучшения геометрии и прочности тела дампа. Этот модуль основан на адаптивном однообъединирующем методе для минимизации массы пластин (цель: 0), одновременно навязывая ограничения на максимальный эквивалентный напряжение (200 МПа) и минимальный коэффициент безопасности (1,5). Используя настройки по умолчанию, 33 дополнительных точек проектирования создаются автоматически и решаются, что устраняет необходимость вновь открыть ANSYS Rocky или Mechanical. Количество поддержки округлено до целого числа. Время симуляции для каждой точки конструкции остается аналогичным временем первоначальной конструкции как в Rocky, так и Mechanical.

В результате модуль прямой оптимизации идентифицирует Три кандидата которые соответствуют всем условиям, определенным на предыдущем этапе. Они показаны на следующем рисунке. Обратите внимание, что масса отмечена звездой, указывая на то, что она все еще «далеко» от нуля (объектив), но значения остаются приемлемыми. Напомним, что «Параметр 1» относится к количеству поддержки, которое соответствует целую число. С помощью этой информации инженер или дизайнер может принимать обоснованные решения о том, как приступить к дизайну.

Join the forum for Designers!

Your expertise is vital to the community. Join us and contribute your knowledge!

Share, learn and grow with the best professionals in the industry.