悬臂式掘进机截割头计算机辅助设计方法及CAD系统

摘要

本发明公开了一种悬臂式掘进机截割头计算机辅助设计方法及CAD系统，基于Visual C++2012对ANSYS14.5进行二次开发，特征是包括如下步骤或模块：参数输入模块，参数化建模模块，参数化分析模块，参数化结果显示模块，性能评价模块，以及优化、调整模块。由设计人员输入截割头设计参数、截割头工况参数和煤岩特性参数，系统能自动完成建模和有限元分析过程，并反馈出分析结果文件供设计人员进行优化和设计参数的调整。本发明可以实现不同的煤岩地质条件以及截割工况下的悬臂式截割头的设计，采用有限元分析对截割过程进行仿真可以预测截割头的性能，根据分析结果可以实现截割头的结构优化，大大提高了截割头设计的水平。

主权项

一种悬臂式掘进机截割头CAD系统，基于Visual C++2012平台构建，使用微软MFC结合ANSYS参数化设计语言APDL编写，系统结构基于对话框设计而成，其特征在于包括如下模块：参数输入模块，用于设计人员按照设计要求输入截割头设计参数、截割头工况参数和煤岩特性参数，其中截割头设计参数包括截齿和齿座的尺寸、截割头头体的尺寸、截齿在头体上的排布参数；截割头工况参数包括截割头的截割速度和横切速度；煤岩特性参数包括煤岩的密度、泊松比、弹性模量、摩擦角、粘着力、膨胀系数和分形维数；参数化建模模块，用于调用通过参数输入模块所输入的截割头设计参数，结合截齿布置理论，初步建立截割头实体模型；并对生成的截割头实体模型进行网格划分，生成用于参数化分析的截割头有限元模型；参数化分析模块，用于调用截割头有限元模型，并进行有限元分析，包括截割头截割煤岩的动力学特性分析、截齿与煤岩接触的静接触分析以及截割头整体的模态分析，得出截割头有限元分析结果；参数化结果显示模块，用于对截割头有限元分析结果进行后处理，获得悬臂式掘进机截割头的应力和应变分布、截割头以及截齿受到的载荷曲线、截割头的振动频率和振型；性能评价模块，根据参数化结果显示模块获得的结果对截割头的载荷波动、刚度、强度和振动特性进行评价，进而获得截割头设计模型；所述的一种悬臂式掘进机截割头CAD系统还包括优化、调整模块，用于根据性能评价模块获得的评价结果判断是否需要优化，若需要优化，则由设计人员根据优化目标，调整相应的设计参数，修改设计模型，将修改后的设计模型作为截割头有限元模型，重复调用参数化分析模块、参数化结果显示模块及性能评价模块，用以获得更佳的截割头设计模型；所述的参数化建模模块，截割头实体模型是在对截割头结构进行初步设计的基础上进行的；所述的参数化分析模块，针对不同的煤岩地质条件以及不同的截割工况，用于调用参数输入模块所输入的截割头工况参数和煤岩特性参数，进行截割仿真，该仿真过程包括单元类型和材料模型的定义、接触的定义、载荷和约束的施加、求解参数的设定；所述的参数化分析模块，用于获得截割头截割煤岩的动态过程，并得出不同时刻截割头和单个截齿的受力情况，根据动力学分析的结果来确定截割性能较差的截齿编号；针对截割性能较差的截齿进行静接触分析，获得单个截齿的应力和应变的仿真结果，并能够对其强度、刚度、疲劳寿命进行校核。