本申請(qǐng)涉及輸送機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種圓管帶式輸送機(jī)的運(yùn)行仿真方法及裝置。

背景技術(shù)：

圓管帶式輸送機(jī)因其具備輸送過程封閉環(huán)保、輸送線路可空間轉(zhuǎn)彎、爬升角度大等技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在電力、冶金、港口等行業(yè)得到了較廣泛應(yīng)用。

但是圓管帶式輸送機(jī)在大角度轉(zhuǎn)彎過程中，由于左右兩側(cè)的受力不同，輸送帶和托輥的受力情況會(huì)發(fā)生變化，輸送帶很容易產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)等問題。為了減少輸送帶產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)等問題，在圓管帶式輸送機(jī)投入使用前，需要通過模擬圓管帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀況，來確定圓管帶式輸送機(jī)中托輥的受力情況和輸送帶的張力，調(diào)整圓管帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)，使其滿足使用要求。而如何模擬圓管帶式輸送機(jī)的運(yùn)行狀況，來確定圓管帶式輸送機(jī)中托輥的受力情況和輸送帶的張力成為問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本申請(qǐng)實(shí)施例提供一種圓管帶式輸送機(jī)的運(yùn)行仿真方法及裝置，以達(dá)到實(shí)現(xiàn)對(duì)圓管帶式輸送機(jī)運(yùn)行狀況的模擬的目的，技術(shù)方案如下：

一種圓管帶式輸送機(jī)的運(yùn)行仿真方法，包括：

創(chuàng)建托輥的幾何三維模型和輸送帶的幾何三維模型；

分別將所述托輥的幾何三維模型和所述輸送帶的幾何三維模型離散成結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格；

設(shè)置所述輸送帶的材料為線彈性材料，并設(shè)置所述輸送帶的經(jīng)緯向，將所述線彈性材料屬性和所述輸送帶的經(jīng)緯向輸入線彈性模型，得到所述輸送帶的徑向應(yīng)變屬性、緯向應(yīng)變屬性和經(jīng)緯向剪切應(yīng)變屬性；

獲取所述托輥、所述輸送帶和臨時(shí)定型筒的實(shí)體結(jié)構(gòu)參數(shù)，并綜合運(yùn)用所述結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格、所述輸送帶的徑向應(yīng)變屬性、緯向應(yīng)變屬性和經(jīng)緯向剪切應(yīng)變屬性及獲取到的實(shí)體結(jié)構(gòu)參數(shù)，得到圓管帶式輸送機(jī)整體模型；

設(shè)置所述圓管帶式輸送機(jī)整體模型中托輥、輸送帶和臨時(shí)定型筒的接觸屬性；

設(shè)置所述圓管帶式輸送機(jī)整體模型中托輥、輸送帶和臨時(shí)定型筒的邊界條件及載荷；

將設(shè)置托輥、輸送帶和臨時(shí)定型筒的接觸屬性、邊界條件及載荷后得到的圓管帶式輸送機(jī)整體模型輸入上位機(jī)運(yùn)行，獲取所述上位機(jī)輸出的運(yùn)行結(jié)果，并從所述運(yùn)行結(jié)果中提取出輸送帶張力和托輥在不同坐標(biāo)位置的不同角度的受力情況。

優(yōu)選的，所述線彈性模型為：

ε1，ε2，γ12分別為輸送帶經(jīng)向的應(yīng)變，緯向應(yīng)變以及經(jīng)緯向剪切應(yīng)變；e1，e1，g12分別是輸送帶經(jīng)向彈性模量，緯向彈性模量及經(jīng)緯向剪切模量；υ12為泊松比；σ11，σ22，τ12分別是輸送帶經(jīng)向應(yīng)力，緯向應(yīng)力及經(jīng)緯向剪切應(yīng)力。

優(yōu)選的，設(shè)置所述圓管帶式輸送機(jī)整體模型中托輥、輸送帶和臨時(shí)定型筒的接觸屬性，包括：

設(shè)置托輥與輸送帶的接觸屬性為庫倫摩擦，切向接觸方式設(shè)置為罰函數(shù)法并設(shè)定摩擦系數(shù)，設(shè)置法向接觸為硬接觸；

設(shè)置輸送帶與臨時(shí)定型筒之間為理想光滑接觸；

設(shè)置所述輸送帶的參考點(diǎn)與輸送帶端部耦合，耦合方式為連續(xù)分布，并設(shè)置輸送帶端部可自由變形；

設(shè)置托輥的內(nèi)壁與托輥的參考點(diǎn)的自由度屬性為唯一可轉(zhuǎn)動(dòng)，以及三個(gè)托輥的參考點(diǎn)與一個(gè)托輥組的參考點(diǎn)以mpc梁方式連接。

優(yōu)選的，設(shè)置所述圓管帶式輸送機(jī)整體模型中托輥、輸送帶和臨時(shí)定型筒的邊界條件及載荷的過程，包括：

設(shè)置輸送帶頭尾耦合點(diǎn)為6個(gè)方向的自由度，并設(shè)置使輸送帶卷曲成管狀的施加壓強(qiáng)；

利用輸送帶上的黏性壓力系數(shù)c的選取公式設(shè)置輸送帶的黏性壓力載荷，e為輸送帶的彈性模量，v為輸送帶材料泊松比，ρ為材料密度；

將托輥劃分為上下兩組，初始狀態(tài)為打開狀態(tài)，并設(shè)置使上下兩組托輥閉合成型，且將輸送帶固定為圓管狀的位移載荷；

設(shè)置輸送帶頭部耦合點(diǎn)的單一自由度的位移載荷，并設(shè)置控制輸送帶運(yùn)動(dòng)加速度的幅值曲線，以及設(shè)置輸送帶尾部耦合點(diǎn)模擬輸送帶張力的單一方向的集中力載荷。

優(yōu)選的，設(shè)置使上下兩組托輥閉合成型，且將輸送帶固定為圓管狀的位移載荷之后，還包括：

設(shè)置使輸送帶移動(dòng)、彎曲到設(shè)計(jì)的位置的托輥組的參考點(diǎn)的位移載荷和旋轉(zhuǎn)載荷。

一種圓管帶式輸送機(jī)的運(yùn)行仿真裝置，包括：

創(chuàng)建模塊，用于創(chuàng)建托輥的幾何三維模型和輸送帶的幾何三維模型；

離散模塊，用于分別將所述托輥的幾何三維模型和所述輸送帶的幾何三維模型離散成結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格；

第一確定模塊，用于設(shè)置所述輸送帶的材料為線彈性材料，并設(shè)置所述輸送帶的經(jīng)緯向，將所述線彈性材料屬性和所述輸送帶的經(jīng)緯向輸入線彈性模型，得到所述輸送帶的徑向應(yīng)變屬性、緯向應(yīng)變屬性和經(jīng)緯向剪切應(yīng)變屬性；

第二確定模塊，用于獲取所述托輥、所述輸送帶和臨時(shí)定型筒的實(shí)體結(jié)構(gòu)參數(shù)，并綜合運(yùn)用所述結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格、所述輸送帶的徑向應(yīng)變屬性、緯向應(yīng)變屬性和經(jīng)緯向剪切應(yīng)變屬性及獲取到的實(shí)體結(jié)構(gòu)參數(shù)，得到圓管帶式輸送機(jī)整體模型；

第一設(shè)置模塊，用于設(shè)置所述圓管帶式輸送機(jī)整體模型中托輥、輸送帶和臨時(shí)定型筒的接觸屬性；

第二設(shè)置模塊，用于設(shè)置所述圓管帶式輸送機(jī)整體模型中托輥、輸送帶和臨時(shí)定型筒的邊界條件及載荷；

第三確定模塊，用于將設(shè)置托輥、輸送帶和臨時(shí)定型筒的接觸屬性、邊界條件及載荷后得到的圓管帶式輸送機(jī)整體模型輸入上位機(jī)運(yùn)行，獲取所述上位機(jī)輸出的運(yùn)行結(jié)果，并從所述運(yùn)行結(jié)果中提取出輸送帶張力和托輥在不同坐標(biāo)位置的不同角度的受力情況。

優(yōu)選的，所述線彈性模型為：

ε1，ε2，γ12分別為輸送帶經(jīng)向的應(yīng)變，緯向應(yīng)變以及經(jīng)緯向剪切應(yīng)變；e1，e1，g12分別是輸送帶經(jīng)向彈性模量，緯向彈性模量及經(jīng)緯向剪切模量；υ12為泊松比；σ11，σ22，τ12分別是輸送帶經(jīng)向應(yīng)力，緯向應(yīng)力及經(jīng)緯向剪切應(yīng)力。

優(yōu)選的，所述第一設(shè)置模塊包括：

第一設(shè)置單元，用于設(shè)置托輥與輸送帶的接觸屬性為庫倫摩擦，切向接觸方式設(shè)置為罰函數(shù)法并設(shè)定摩擦系數(shù)，設(shè)置法向接觸為硬接觸；

第二設(shè)置單元，用于設(shè)置輸送帶與臨時(shí)定型筒之間為理想光滑接觸；

第三設(shè)置單元，用于設(shè)置所述輸送帶的參考點(diǎn)與輸送帶端部耦合，耦合方式為連續(xù)分布，并設(shè)置輸送帶端部可自由變形；

第四設(shè)置單元，用于設(shè)置托輥的內(nèi)壁與托輥的參考點(diǎn)的自由度屬性為唯一可轉(zhuǎn)動(dòng)，以及三個(gè)托輥的參考點(diǎn)與一個(gè)托輥組的參考點(diǎn)以mpc梁方式連接。

優(yōu)選的，所述第二設(shè)置模塊，包括：

第五設(shè)置單元，用于設(shè)置輸送帶頭尾耦合點(diǎn)為6個(gè)方向的自由度，并設(shè)置使輸送帶卷曲成管狀的施加壓強(qiáng)；

第六設(shè)置單元，用于利用輸送帶上的黏性壓力系數(shù)c的選取公式設(shè)置輸送帶的黏性壓力載荷，e為輸送帶的彈性模量，v為輸送帶材料泊松比，ρ為材料密度；

第七設(shè)置單元，用于將托輥劃分為上下兩組，初始狀態(tài)為打開狀態(tài)，并設(shè)置使上下兩組托輥閉合成型，且將輸送帶固定為圓管狀的位移載荷；

第八設(shè)置單元，用于設(shè)置輸送帶頭部耦合點(diǎn)的單一自由度的位移載荷，并設(shè)置控制輸送帶運(yùn)動(dòng)加速度的幅值曲線，以及設(shè)置輸送帶尾部耦合點(diǎn)模擬輸送帶張力的單一方向的集中力載荷。

優(yōu)選的，所述第二設(shè)置模塊，還包括：

第九設(shè)置單元，用于設(shè)置使輸送帶移動(dòng)、彎曲到設(shè)計(jì)的位置的托輥組的參考點(diǎn)的位移載荷和旋轉(zhuǎn)載荷。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本申請(qǐng)的有益效果為：

在本申請(qǐng)中，通過創(chuàng)建托輥的幾何三維模型和輸送帶的幾何三維模型；分別將所述托輥的幾何三維模型和所述輸送帶的幾何三維模型離散成結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格；設(shè)置所述輸送帶的材料為線彈性材料，并設(shè)置所述輸送帶的經(jīng)緯向，將所述線彈性材料屬性和所述輸送帶的經(jīng)緯向輸入lamina本構(gòu)模型，得到所述輸送帶的徑向應(yīng)變屬性、緯向應(yīng)變屬性和經(jīng)緯向剪切應(yīng)變屬性；獲取所述托輥、所述輸送帶和臨時(shí)定型筒的實(shí)體結(jié)構(gòu)參數(shù)，并綜合運(yùn)用所述結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格、所述輸送帶的徑向應(yīng)變屬性、緯向應(yīng)變屬性和經(jīng)緯向剪切應(yīng)變屬性及獲取到的實(shí)體結(jié)構(gòu)參數(shù)，得到圓管帶式輸送機(jī)整體模型；設(shè)置所述圓管帶式輸送機(jī)整體模型中托輥、輸送帶和臨時(shí)定型筒的接觸屬性；設(shè)置所述圓管帶式輸送機(jī)整體模型中托輥、輸送帶和臨時(shí)定型筒的邊界條件及載荷；將設(shè)置托輥、輸送帶和臨時(shí)定型筒的接觸屬性、邊界條件及載荷后得到的圓管帶式輸送機(jī)整體模型輸入上位機(jī)運(yùn)行，獲取所述上位機(jī)輸出的運(yùn)行結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)圓管帶式輸送機(jī)運(yùn)行狀況的模擬，進(jìn)而從所述運(yùn)行結(jié)果中提取出輸送帶張力和托輥在不同坐標(biāo)位置的不同角度的受力情況，作為圓管帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)調(diào)整的依據(jù)。

附圖說明

為了更清楚地說明本申請(qǐng)實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請(qǐng)的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本申請(qǐng)?zhí)峁┑膱A管帶式輸送機(jī)的運(yùn)行仿真方法的一種流程圖；

圖2是本申請(qǐng)?zhí)峁┑膱A管帶式輸送機(jī)整體模型的一種示意圖；

圖3是本申請(qǐng)?zhí)峁┑耐休伖潭ㄝ斔蛶У囊环N示意圖；

圖4是本申請(qǐng)?zhí)峁┑膭?dòng)態(tài)仿真過程中輸送帶運(yùn)行到某一個(gè)時(shí)刻的狀態(tài)示意圖；

圖5是本申請(qǐng)?zhí)峁┑膱A管帶式輸送機(jī)的運(yùn)行仿真裝置的一種邏輯結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本申請(qǐng)實(shí)施例中的附圖，對(duì)本申請(qǐng)實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本申請(qǐng)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒旧暾?qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。

本實(shí)施例中，采用有限元仿真技術(shù)，進(jìn)行圓管帶式輸送機(jī)的運(yùn)行仿真，提供了一種圓管帶式輸送機(jī)的運(yùn)行仿真方法，請(qǐng)參見圖1，可以包括以下步驟：

步驟s11：創(chuàng)建托輥的幾何三維模型和輸送帶的幾何三維模型。

創(chuàng)建的托輥的幾何三維模型具體可以為圓柱狀片體模型，類型為三維剛體。創(chuàng)建的輸送帶的幾何三維模型具體可以為皮帶展開狀態(tài)模型，類型為三維可變形體。

本實(shí)施例中，具體可以采用片體建模法創(chuàng)建托輥的幾何三維模型和輸送帶的幾何三維模型。

步驟s12：分別將所述托輥的幾何三維模型和所述輸送帶的幾何三維模型離散成結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格。

本實(shí)施例中，具體可以設(shè)置全局網(wǎng)格種子密度，利用全局網(wǎng)格種子密度將所述托輥的幾何三維模型和所述輸送帶的幾何三位模型離散成結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格。

具體可以采用shell單元將所述托輥的幾何三維模型和所述輸送帶的幾何三位模型離散成結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格。shell單元具體可以包括但不局限于線性平面應(yīng)力單元。

其中，托輥和輸送帶可以設(shè)置不同的全局網(wǎng)格種子密度。與設(shè)置不同的全局網(wǎng)格種子密度的實(shí)施方式相對(duì)應(yīng)，采用符合托輥特點(diǎn)的全局網(wǎng)格種子密度將托輥的幾何三維模型離散成結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格，采用符合輸送帶特點(diǎn)的全局網(wǎng)格種子密度將輸送帶的幾何三維模型離散成結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格。

將托輥的幾何三維模型和輸送帶的幾何三維模型離散成結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格，可以簡化數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，提高計(jì)算速度，區(qū)域光滑，與實(shí)際托輥和輸送帶的實(shí)際模型更貼近。

步驟s13：設(shè)置所述輸送帶的材料為線彈性材料，并設(shè)置所述輸送帶的經(jīng)緯向，將所述線彈性材料屬性和所述輸送帶的經(jīng)緯向輸入線彈性模型，得到所述輸送帶的徑向應(yīng)變屬性、緯向應(yīng)變屬性和經(jīng)緯向剪切應(yīng)變屬性。

步驟s14：獲取所述托輥、所述輸送帶和臨時(shí)定型筒的實(shí)體結(jié)構(gòu)參數(shù)，并綜合運(yùn)用所述結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格、所述輸送帶的徑向應(yīng)變屬性、緯向應(yīng)變屬性和經(jīng)緯向剪切應(yīng)變屬性及獲取到的實(shí)體結(jié)構(gòu)參數(shù)，得到圓管帶式輸送機(jī)整體模型。

步驟s15：設(shè)置所述圓管帶式輸送機(jī)整體模型中托輥、輸送帶和臨時(shí)定型筒的接觸屬性。

步驟s16：設(shè)置所述圓管帶式輸送機(jī)整體模型中托輥、輸送帶和臨時(shí)定型筒的邊界條件及載荷。

在完成步驟s11至步驟s16后，得到的圓管帶式輸送機(jī)整體模型為可以計(jì)算的有限元模型。

步驟s17：將設(shè)置托輥、輸送帶和臨時(shí)定型筒的接觸屬性、邊界條件及載荷后得到的圓管帶式輸送機(jī)整體模型輸入上位機(jī)運(yùn)行，獲取所述上位機(jī)輸出的運(yùn)行結(jié)果，并從所述運(yùn)行結(jié)果中提取出輸送帶張力和托輥在不同坐標(biāo)位置的不同角度的受力情況。

本實(shí)施例中，還可以從所述運(yùn)行結(jié)果中提取出mise應(yīng)力應(yīng)變?cè)茍D。mise應(yīng)力應(yīng)變?cè)茍D可以用于判斷輸送帶的受力情況。

在本申請(qǐng)中，通過創(chuàng)建托輥的幾何三維模型和輸送帶的幾何三維模型；分別將所述托輥的幾何三維模型和所述輸送帶的幾何三維模型離散成結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格；設(shè)置所述輸送帶的材料為線彈性材料，并設(shè)置所述輸送帶的經(jīng)緯向，將所述線彈性材料屬性和所述輸送帶的經(jīng)緯向輸入lamina本構(gòu)模型，得到所述輸送帶的徑向應(yīng)變屬性、緯向應(yīng)變屬性和經(jīng)緯向剪切應(yīng)變屬性；獲取所述托輥、所述輸送帶和臨時(shí)定型筒的實(shí)體結(jié)構(gòu)參數(shù)，并綜合運(yùn)用所述結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格、所述輸送帶的徑向應(yīng)變屬性、緯向應(yīng)變屬性和經(jīng)緯向剪切應(yīng)變屬性及獲取到的實(shí)體結(jié)構(gòu)參數(shù)，得到圓管帶式輸送機(jī)整體模型；設(shè)置所述圓管帶式輸送機(jī)整體模型中托輥、輸送帶和臨時(shí)定型筒的接觸屬性；設(shè)置所述圓管帶式輸送機(jī)整體模型中托輥、輸送帶和臨時(shí)定型筒的邊界條件及載荷；將設(shè)置托輥、輸送帶和臨時(shí)定型筒的接觸屬性、邊界條件及載荷后得到的圓管帶式輸送機(jī)整體模型輸入上位機(jī)運(yùn)行，獲取所述上位機(jī)輸出的運(yùn)行結(jié)果，實(shí)現(xiàn)對(duì)圓管帶式輸送機(jī)運(yùn)行狀況的模擬，進(jìn)而從所述運(yùn)行結(jié)果中提取出輸送帶張力和托輥在不同坐標(biāo)位置的不同角度的受力情況，作為圓管帶式輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)調(diào)整的依據(jù)。

需要說明的是，從運(yùn)行結(jié)果中提取出托輥在不同坐標(biāo)位置的不同角度的受力情況，作為圓管待使輸送機(jī)的結(jié)構(gòu)調(diào)整的依據(jù)具體可以為：有針對(duì)性的進(jìn)行托輥間距和托輥型號(hào)選擇。

在本申請(qǐng)的另一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)上述線彈性模型進(jìn)行介紹，具體如下：

線彈性模型具體可以為lamina本構(gòu)模型，lamina本構(gòu)模型為：

ε1，ε2，γ12分別為輸送帶經(jīng)向的應(yīng)變，緯向應(yīng)變以及經(jīng)緯向剪切應(yīng)變；e1，e1，g12分別是輸送帶經(jīng)向彈性模量，緯向彈性模量及經(jīng)緯向剪切模量；υ12為泊松比；σ11，σ22，τ12分別是輸送帶經(jīng)向應(yīng)力，緯向應(yīng)力及經(jīng)緯向剪切應(yīng)力。

其中，e1，e1，g12是根據(jù)上述線彈性材料屬性確定的。

在本申請(qǐng)的另一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)設(shè)置所述圓管帶式輸送機(jī)整體模型中托輥、輸送帶和臨時(shí)定型筒的接觸屬性的過程進(jìn)行介紹，具體過程可以包括以下步驟：

a11：設(shè)置托輥與輸送帶的接觸屬性為庫倫摩擦，切向接觸方式設(shè)置為罰函數(shù)法并設(shè)定摩擦系數(shù)，設(shè)置法向接觸為硬接觸。

a12：設(shè)置輸送帶與臨時(shí)定型筒之間為理想光滑接觸。

本實(shí)施例中，利用臨時(shí)定型筒可以輔助進(jìn)行模擬輸送帶卷曲成圓管的過程。

a13：設(shè)置所述輸送帶的參考(rp)點(diǎn)與輸送帶端部耦合，耦合方式為連續(xù)分布，并設(shè)置輸送帶端部可自由變形。

a14：設(shè)置托輥的內(nèi)壁與托輥的參考點(diǎn)的自由度屬性為唯一可轉(zhuǎn)動(dòng)，以及三個(gè)托輥的參考點(diǎn)與一個(gè)托輥組的參考點(diǎn)以mpc梁方式連接。

本實(shí)施例中，利用mpc梁將三個(gè)托輥耦合到一個(gè)參考點(diǎn)上進(jìn)行控制。

在本申請(qǐng)的另一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)設(shè)置所述圓管帶式輸送機(jī)整體模型中托輥、輸送帶和臨時(shí)定型筒的邊界條件及載荷的過程進(jìn)行介紹，具體過程可以包括以下步驟：

a21：設(shè)置輸送帶頭尾耦合點(diǎn)為6個(gè)方向的自由度，并設(shè)置使輸送帶卷曲成管狀的施加壓強(qiáng)。

a22：利用輸送帶上的黏性壓力系數(shù)c的選取公式設(shè)置輸送帶的黏性壓力載荷，e為輸送帶的彈性模量，v為輸送帶材料泊松比，ρ為材料密度。

設(shè)置輸送帶的黏性壓力載荷后，模型運(yùn)行時(shí)輸送帶的卷曲過程稱為準(zhǔn)靜態(tài)過程。

a23：將托輥劃分為上下兩組，初始狀態(tài)為打開狀態(tài)，并設(shè)置使上下兩組托輥閉合成型，且將輸送帶固定為圓管狀的位移載荷。

步驟a21-a23設(shè)置的是模擬圓管帶式輸送機(jī)的輸送帶進(jìn)行卷曲的參數(shù)，使模型運(yùn)行時(shí)保證輸送帶進(jìn)行卷曲。

其中，可以通過調(diào)整上下兩組托輥的空間位置來模擬不同轉(zhuǎn)彎爬升角度的運(yùn)行線路。

a24：設(shè)置輸送帶頭部耦合點(diǎn)的單一自由度的位移載荷，并設(shè)置控制輸送帶運(yùn)動(dòng)加速度的幅值曲線，以及設(shè)置輸送帶尾部耦合點(diǎn)模擬輸送帶張力的單一方向的集中力載荷。

設(shè)置輸送帶頭部耦合點(diǎn)的單一自由度的位移載荷，并設(shè)置控制輸送帶運(yùn)動(dòng)加速度的幅值曲線即設(shè)置的是模擬輸送帶運(yùn)行的參數(shù)，設(shè)置輸送帶尾部耦合點(diǎn)模擬輸送帶張力的單一方向的集中力載荷即設(shè)置的是模擬圓管帶式輸送機(jī)的輸送帶張力的參數(shù)。

在本申請(qǐng)的另一個(gè)實(shí)施例中，示出了另外一種設(shè)置所述圓管帶式輸送機(jī)整體模型中托輥、輸送帶和臨時(shí)定型筒的邊界條件及載荷的過程，具體過程可以包括以下步驟：

a31：設(shè)置輸送帶頭尾耦合點(diǎn)為6個(gè)方向的自由度，并設(shè)置使輸送帶卷曲成管狀的施加壓強(qiáng)。

a32：利用輸送帶上的黏性壓力系數(shù)c的選取公式設(shè)置輸送帶的黏性壓力載荷，e為輸送帶的彈性模量，v為輸送帶材料泊松比，ρ為材料密度。

a33：將托輥劃分為上下兩組，初始狀態(tài)為打開狀態(tài)，并設(shè)置使上下兩組托輥閉合成型，且將輸送帶固定為圓管狀的位移載荷。

步驟a31-a33與前述實(shí)施例中的步驟a21-a23一一對(duì)應(yīng)，步驟a31-a33的具體過程在此不再贅述。

a34：設(shè)置使輸送帶移動(dòng)、彎曲到設(shè)計(jì)的位置的托輥組的參考點(diǎn)的位移載荷和旋轉(zhuǎn)載荷。

步驟a34設(shè)置的是模擬圓管帶式輸送機(jī)中輸送帶卷曲后按照運(yùn)行線路進(jìn)行轉(zhuǎn)彎的參數(shù)，保證模型運(yùn)行時(shí)輸送帶卷曲后能夠按照運(yùn)行線路進(jìn)行轉(zhuǎn)彎。

a35：設(shè)置輸送帶頭部耦合點(diǎn)的單一自由度的位移載荷，并設(shè)置控制輸送帶運(yùn)動(dòng)加速度的幅值曲線，以及設(shè)置輸送帶尾部耦合點(diǎn)模擬輸送帶張力的單一方向的集中力載荷。

步驟a35與前述實(shí)施例中的步驟a24對(duì)應(yīng)，步驟a35的具體過程在此不再贅述。

通過本實(shí)施例設(shè)置的參數(shù)，可以模型仿真運(yùn)行時(shí)得到每個(gè)托輥組的受力情況，以及輸送帶張力隨轉(zhuǎn)彎角度、運(yùn)行速度不同而發(fā)生的變化，提高了圓管帶式輸送機(jī)動(dòng)態(tài)仿真與實(shí)際工況的符合程度，提高了預(yù)測的準(zhǔn)確性為避免輸送帶發(fā)生扭轉(zhuǎn)、確定可行的轉(zhuǎn)彎半徑和合理設(shè)計(jì)輸送線路提供了參考依據(jù)。

在本申請(qǐng)中，以常見的d200管徑管帶機(jī)水平展開段的仿真為例，對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┑膱A管帶式輸送機(jī)的運(yùn)行仿真方法進(jìn)行說明。具體實(shí)施基于有限元仿真計(jì)算軟件abaqus，在其他瞬態(tài)仿真軟件中也可以執(zhí)行。仿真方法具體步驟如下：

1、采用kg-m-s單位制，在part模塊中創(chuàng)建托輥的圓柱狀片體模型，模型類型選擇為三維剛體，拉伸高度為0.95m。再創(chuàng)建一個(gè)寬度為0.78m，長度為15m的矩形片體作為皮帶展開狀態(tài)模型，類型選擇為三維可變形體。

步驟1對(duì)應(yīng)前述實(shí)施例中的步驟s11。

2、在mesh模塊中對(duì)皮帶進(jìn)行區(qū)域切分，優(yōu)選的，劃分出模擬物料載荷的加載段和進(jìn)行皮帶卷曲的臨時(shí)加載段；設(shè)置不同部件優(yōu)選的全局網(wǎng)格尺寸，輸送帶的網(wǎng)格尺寸設(shè)置為20，滾筒、托輥等構(gòu)件的網(wǎng)格尺寸為25。對(duì)所有部件都劃分結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格；選擇單元類型為4節(jié)點(diǎn)殼單元，默認(rèn)沙漏系數(shù)。

步驟2對(duì)應(yīng)前述實(shí)施例中的步驟s12。

3、在property模塊創(chuàng)建皮帶的材料屬性，輸入密度為1200kg/m3，彈性為線彈性本構(gòu)，材料模型為lamina，依次填入e1，e2，υ12，g12，g13，g23。創(chuàng)建皮帶材料局部坐標(biāo)系，指定輸送帶材料的經(jīng)向和緯向，并設(shè)置皮帶層厚度為0.01。

步驟3對(duì)應(yīng)前述實(shí)施例中的步驟s13。

4、在assemble模塊中將皮帶、托輥、滾筒、臨時(shí)定型筒實(shí)例化，將它們移動(dòng)到對(duì)應(yīng)直線位置上，建立好的模型如圖2所示。

步驟4對(duì)應(yīng)前述實(shí)施例中的步驟s14。

5、定義托輥與皮帶的接觸屬性為庫倫摩擦，切向接觸方式定義為罰函數(shù)法，設(shè)定摩擦系數(shù)為0.3，法向接觸為硬接觸；定義皮帶與臨時(shí)定型筒之間為理想光滑接觸。定義皮帶參考點(diǎn)與皮帶端部耦合，耦合方式為連續(xù)分布，允許皮帶端部的自由變形；定義托輥內(nèi)壁與托輥參考點(diǎn)的自由度4唯一可轉(zhuǎn)動(dòng)屬性，再定義三個(gè)托輥參考點(diǎn)與一個(gè)托輥組參考點(diǎn)的mpc梁方式連接。

步驟5對(duì)應(yīng)前述實(shí)施例中的步驟s15。

6、設(shè)置托輥、輸送帶、臨時(shí)定型筒的邊界條件及載荷：

1)在第一個(gè)分析步中，輸送帶頭尾耦合點(diǎn)限制6個(gè)方向的自由度，對(duì)輸送帶施加壓強(qiáng)和黏性壓力使其卷曲成管狀，壓強(qiáng)優(yōu)選為2600pa；2)六邊形的托輥分為上下兩組，設(shè)定位移載荷，上組托輥位移0.23m，托輥運(yùn)動(dòng)速度優(yōu)選0.5m/s，利用托輥將輸送帶固定，如圖3所示；3)控制位移，使管帶機(jī)線路達(dá)到設(shè)計(jì)的位置；4)在輸送帶頭部耦合點(diǎn)設(shè)置單一自由度的位移載荷，并采用幅值曲線控制輸送帶運(yùn)動(dòng)以實(shí)現(xiàn)輸送帶的平穩(wěn)加速，最終穩(wěn)定速度為3.5m/s，在輸送帶尾部耦合點(diǎn)設(shè)置單一方向的集中力載荷模擬皮帶截面上受到的張力。

步驟6對(duì)應(yīng)前述實(shí)施例中的步驟s16。

7、提交任務(wù)，計(jì)算完成后查看變形后的結(jié)果，如圖4所示，得到在輸送帶在運(yùn)動(dòng)情況下的mise應(yīng)力應(yīng)變?cè)茍D，并利用場變量數(shù)據(jù)提取出不同坐標(biāo)位置的不同角度托輥的受力情況。

步驟7對(duì)應(yīng)前述實(shí)施例中的步驟s17。

與前述方法實(shí)施例相對(duì)應(yīng)，本實(shí)施例提供了一種圓管帶式輸送機(jī)的運(yùn)行仿真裝置，請(qǐng)參見圖5，圓管帶式輸送機(jī)的運(yùn)行仿真裝置包括：創(chuàng)建模塊11、離散模塊12、第一確定模塊13、第二確定模塊14、第一設(shè)置模塊15、第二設(shè)置模塊16和第三確定模塊17。

創(chuàng)建模塊11，用于創(chuàng)建托輥的幾何三維模型和輸送帶的幾何三維模型。

離散模塊12，用于分別將所述托輥的幾何三維模型和所述輸送帶的幾何三維模型離散成結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格。

第一確定模塊13，用于設(shè)置所述輸送帶的材料為線彈性材料，并設(shè)置所述輸送帶的經(jīng)緯向，將所述線彈性材料屬性和所述輸送帶的經(jīng)緯向輸入線彈性模型，得到所述輸送帶的徑向應(yīng)變屬性、緯向應(yīng)變屬性和經(jīng)緯向剪切應(yīng)變屬性。

第二確定模塊14，用于獲取所述托輥、所述輸送帶和臨時(shí)定型筒的實(shí)體結(jié)構(gòu)參數(shù)，并綜合運(yùn)用所述結(jié)構(gòu)性網(wǎng)格、所述輸送帶的徑向應(yīng)變屬性、緯向應(yīng)變屬性和經(jīng)緯向剪切應(yīng)變屬性及獲取到的實(shí)體結(jié)構(gòu)參數(shù)，得到圓管帶式輸送機(jī)整體模型。

第一設(shè)置模塊15，用于設(shè)置所述圓管帶式輸送機(jī)整體模型中托輥、輸送帶和臨時(shí)定型筒的接觸屬性。

第二設(shè)置模塊16，用于設(shè)置所述圓管帶式輸送機(jī)整體模型中托輥、輸送帶和臨時(shí)定型筒的邊界條件及載荷。

第三確定模塊17，用于將設(shè)置托輥、輸送帶和臨時(shí)定型筒的接觸屬性、邊界條件及載荷后得到的圓管帶式輸送機(jī)整體模型輸入上位機(jī)運(yùn)行，獲取所述上位機(jī)輸出的運(yùn)行結(jié)果，并從所述運(yùn)行結(jié)果中提取出輸送帶張力和托輥在不同坐標(biāo)位置的不同角度的受力情況。

本實(shí)施例中，所述線彈性模型為：

ε1，ε2，γ12分別為輸送帶經(jīng)向的應(yīng)變，緯向應(yīng)變以及經(jīng)緯向剪切應(yīng)變；e1，e1，g12分別是輸送帶經(jīng)向彈性模量，緯向彈性模量及經(jīng)緯向剪切模量；υ12為泊松比；σ11，σ22，τ12分別是輸送帶經(jīng)向應(yīng)力，緯向應(yīng)力及經(jīng)緯向剪切應(yīng)力。

本實(shí)施例中，第一設(shè)置模塊15具體可以包括：第一設(shè)置單元、第二設(shè)置單元、第三設(shè)置單元和第四設(shè)置單元。

第一設(shè)置單元，用于設(shè)置托輥與輸送帶的接觸屬性為庫倫摩擦，切向接觸方式設(shè)置為罰函數(shù)法并設(shè)定摩擦系數(shù)，設(shè)置法向接觸為硬接觸。

第二設(shè)置單元，用于設(shè)置輸送帶與臨時(shí)定型筒之間為理想光滑接觸。

第三設(shè)置單元，用于設(shè)置所述輸送帶的參考點(diǎn)與輸送帶端部耦合，耦合方式為連續(xù)分布，并設(shè)置輸送帶端部可自由變形。

第四設(shè)置單元，用于設(shè)置托輥的內(nèi)壁與托輥的參考點(diǎn)的自由度屬性為唯一可轉(zhuǎn)動(dòng)，以及三個(gè)托輥的參考點(diǎn)與一個(gè)托輥組的參考點(diǎn)以mpc梁方式連接。

本實(shí)施例中，第二設(shè)置模塊16具體可以包括：第五設(shè)置單元、第六設(shè)置單元、第七設(shè)置單元和第八設(shè)置單元。

第五設(shè)置單元，用于設(shè)置輸送帶頭尾耦合點(diǎn)為6個(gè)方向的自由度，并設(shè)置使輸送帶卷曲成管狀的施加壓強(qiáng)。

第六設(shè)置單元，用于利用輸送帶上的黏性壓力系數(shù)c的選取公式設(shè)置輸送帶的黏性壓力載荷，e為輸送帶的彈性模量，v為輸送帶材料泊松比，ρ為材料密度。

第七設(shè)置單元，用于將托輥劃分為上下兩組，初始狀態(tài)為打開狀態(tài)，并設(shè)置使上下兩組托輥閉合成型，且將輸送帶固定為圓管狀的位移載荷。

第八設(shè)置單元，用于設(shè)置輸送帶頭部耦合點(diǎn)的單一自由度的位移載荷，并設(shè)置控制輸送帶運(yùn)動(dòng)加速度的幅值曲線，以及設(shè)置輸送帶尾部耦合點(diǎn)模擬輸送帶張力的單一方向的集中力載荷。

本實(shí)施例中，第二設(shè)置模塊16還可以包括：第九設(shè)置單元，用于設(shè)置使輸送帶移動(dòng)、彎曲到設(shè)計(jì)的位置的托輥組的參考點(diǎn)的位移載荷和旋轉(zhuǎn)載荷。

需要說明的是，本說明書中的各個(gè)實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似的部分互相參見即可。對(duì)于裝置類實(shí)施例而言，由于其與方法實(shí)施例基本相似，所以描述的比較簡單，相關(guān)之處參見方法實(shí)施例的部分說明即可。

最后，還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上對(duì)本申請(qǐng)所提供的一種圓管帶式輸送機(jī)的運(yùn)行仿真方法及裝置進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本申請(qǐng)的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本申請(qǐng)的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本申請(qǐng)的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本申請(qǐng)的限制。