تجزیه و تحلیل استحکام سایزهای معدنی رول دندان بر اساس دم-کوپلینگ فم

با توجه به اندازه ذرات بزرگ و فرآیند خرد کردن کوتاهاندازه های معدنیو مکانیزم شکست اصلی شکست کششی و برشی است، تعیین اندازه و توزیع بار در طول طراحی دشوار است. در این مقاله، یک روش جدید تجزیه و تحلیل مقاومت مبتنی بر عنصر گسسته (DEM) و المان محدود (FEM) برای تجزیه و تحلیل استحکام رول دندان اندازه‌گیر معدنی پیشنهاد شده است. با اعمال بارهای توزیع شده، اصالت و دقت محاسبه مقاومت رول دندان بهبود می یابد. بار توزیع شده توسط نرم افزار المان گسسته EDEM محاسبه شد. در این مقاله با در نظر گرفتن اثر اندازه مقاومت مواد، تست فشار تک محوری و تست دیسک برزیلی به ترتیب بر روی مواد با اندازه های مختلف انجام شد. مقاومت فشاری و کششی مواد کالیبره شد و پارامترهای پیوند در شبیه‌سازی المان گسسته در نهایت تعیین شد. با تجزیه و تحلیل نتایج شبیه‌سازی المان گسسته، بار توزیع شده روی دندانه‌های رول زمانی که نیروی وارد بر دندانه‌های رول حداکثر است انتخاب شده و در زمان مربوطه در محیط ANSYS برای تجزیه و تحلیل استحکام به مدل FEM دندان‌های رول در موقعیت کاری مربوطه بارگذاری می‌شود. نتایج نشان می دهد که بار دندان غلتکی عمدتاً در پشت دندان در حداکثر زمان بارگذاری توزیع می شود و تمرکز تنش در جلوی ریشه دندان وجود دارد.

در سال‌های اخیر، با توسعه مدل ذرات، مدل تماس و سایر مدل‌های ریاضی، روش عناصر گسسته به طور گسترده و عمیق در اندازه‌گیرهای معدنی مورد استفاده قرار گرفته است. لژاندر و همکاران من از نرم افزار EDEM برای شبیه سازی خرد کردن تک ذره سنگ شکن فکی استفاده کردم و نتایج بهینه سازی مصرف انرژی را تأیید کردم. کلیری و همکاران "21" یک الگوریتم محاسبه مدل جایگزینی المان گسسته را بر اساس آزمایش وزن سقوط قبل از مدل‌سازی مواد پیشنهاد کرد و از فناوری شبیه‌سازی المان گسسته برای مطالعه اثرات ویژگی‌های مواد و پارامترهای محیطی بر عملکرد کاری سنگ شکن مخروطی استفاده کرد. روش المان گسسته (DEM) و روش اجزای محدود (FEM) به طور فزاینده ای برای تجزیه و تحلیل برهمکنش بین مواد سست یا شکننده و سایر زنجیره ها استفاده می شود. به عنوان مثال، در تجزیه و تحلیل عملکرد سنگ شکن، ماشین صفحه نمایش و سایر تجهیزات، خواص مکانیکی و جنبشی مواد و تاثیر مواد بر تجهیزات مورد مطالعه قرار می گیرد. در این راستا، نرم افزار المان گسسته EDEM یک کانال جفت با نرم افزار المان محدود ANSYS Workbench ایجاد کرد که می تواند جفت شدن یک جهته بین عنصر گسسته و المان محدود را تحقق بخشد. برای شرایطی مناسب است که تغییر شکل تجهیزات زیاد نباشد و به اندازه کافی بر خصوصیات مکانیکی و سینماتیکی مواد تأثیر بگذارد.

استحکام دندان غلتکی پایه مهمی برای طراحی و بهینه سازی پروفیل دندان است. روش سنتی تجزیه و تحلیل استحکام دندانه های غلتکی حداکثر استحکام خرد شدن مواد را به عنوان مقدار تنش فشاری برای بارگذاری روی نوک و پشت دندانه های غلتکی در نظر می گیرد. در این مقاله از DEM FEM برای تحلیل استحکام دندانه های رول سایزر معدنی استفاده شده است. با توجه به شرایط تولید واقعی یک اندازه‌سنج معدنی خاص، یک مدل DEM-FEM ایجاد شد. در EDEM، فرآیند خرد کردن اندازه‌های معدنی شبیه‌سازی و اطلاعات بار دندان‌های رول استخراج شد. مدل اجزای محدود دندان رول در ANSYS Workbench ایجاد شد و اطلاعات بارگذاری دندان رول با استفاده از کانال کوپلینگ EDEM{6}}ANSYS Workbench روی دندان رول بارگذاری شد و تجزیه و تحلیل قدرت دندان رول تکمیل شد.

در این مقاله، مدل عنصر گسسته مواد و مدل اجزای محدود دندانه های رول با توجه به برهمکنش بین دندانه های رول و مواد شکسته همانطور که در شکل 1 (a) نشان داده شده است، ایجاد می شود. اندازه‌های معدنی عملکرد غربالگری را دارند. مواد با اندازه ذرات بزرگ با درجه بندی شکسته می شوند. مواد با اندازه ذرات کوچک که می توانند مستقیماً از شکاف بین رول دندان ها عبور کنند، شکسته نمی شوند. بنابراین، در این مقاله، مدل پیوند شش وجهی برای مواد با اندازه ذرات بزرگ و مدل تک ذره برای مواد با اندازه ذرات کوچک ایجاد شده است. شکل 1(b) مدل پیوند ذرات ماده و مدل FEM دندانه های رول را نشان می دهد که در آن دندانه های رول در خلاف جهت عقربه های ساعت می چرخند.

در مدل پیوند ذرات، عناصر گسسته با شعاع تماس همپوشانی با هم پیوند دارند و نیروها و گشتاورهای پیوندی بین عناصر پیوند وجود دارد. نیروی پیوند و گشتاور با جابجایی تعیین می شود. شکل{2}} نمودار پیوند ذرات i و j را نشان می‌دهد که در آن جابجایی عمدتاً با رابطه بین سرعت و زمان نشان داده می‌شود. که در آن، Fn و F به ترتیب نیروی نرمال و نیروی مماسی هستند. Tm و T به ترتیب ممان عادی و مماس هستند. A ناحیه تماس است، بعد از A=π; J لحظه اینرسی است، J=0.5π، m شعاع پیوند است. S. و S به ترتیب سختی نرمال و مماسی هستند. مرحله زمان است. و 4 به ترتیب سرعت نرمال و مماسی هستند. و به ترتیب سرعت های زاویه ای عادی و مماسی هستند. هنگامی که تنش های عادی و مماسی بین ذرات بیشتر از مقادیر تنظیم شده باشد، رابطه پیوند عناصر گسسته آسیب می بیند [، همانطور که در رابطه (2) نشان داده شده است: x