アキシアル荷重を受ける丸リンクチェーンの動的パラメータの特定とモデリング

Nov 25, 2023

Scientific Reports volume 12、記事番号: 16155 (2022) この記事を引用

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メトリクスの詳細

軸方向の動的荷重を受ける丸いリンク チェーンは、非線形粘弾性システムを構成します。 従来のパウンド問題とは異なり、ラウンド リンク チェーンは線形弾性変形だけでなく、非線形塑性変形や衝撃変形も受けます。 この論文では、理論的定式化と実験に基づいて、非線形動的パラメータ、つまりラウンド リンク チェーンの剛性と減衰をモデル化し特定するための新しいアプローチを示します。 線形変形、非線形変形、エネルギー散逸を考慮して、多数の丸いリンクを持つチェーンの振動挙動を記述する修正非線形粘弾性モデルが開発されています。 線形弾性モデルと衝撃モデルを組み合わせて等価な非線形剛性を導き出し、実験と最小二乗フィッティング法を使用して、修正された非線形粘弾性モデルに従って非線形減衰を特定します。 チェーンの長さ、弾性モジュール、負荷周波数などの主要なパラメータが動的剛性と減衰に及ぼす影響を調査します。 識別モデルを検証するために別のテストが実行され、良好な一致が観察されます。

丸リンクチェーンは、輸送/吊り上げホイストやバルクマテリアルハンドリング機械の主要コンポーネントとして、海洋、機械、鉱山、土木工学で広く使用されています。 動的特性の調査は、対応する機器や機械の良好なパフォーマンスにとって非常に重要です1、2、3。

多くの研究者が、さまざまな種類のラウンドリンクチェーンの静的および動的解析に注力してきました。 Ming et al.4 は、丸いリンク チェーンの接触面積と静的接触応力を関係付ける式を導き出しました。 Li ら 5 はリングチェーンの接触部の最大応力と圧力分布をヘルツ理論により計算し、スプロケットチェーンの噛合接触部の最大応力を求めた。 Bian ら 6 は、円形チェーン構造の数式を確立し、チェーンリング接触の 2 つの静的解析モデルを導出し、円形チェーン間の衝突過程をシミュレーションおよび解析し、円形チェーンの疲労破壊メカニズムと疲労亀裂伝播則を明らかにしました。 Li ら 7 は、チェーン駆動システムの動力学シミュレーション用の仮想プロトタイプ モデルを確立し、シャットダウン後のリング チェーン負荷の起動をシミュレーションおよび分析し、運動学の変動則と噛み合い接触の動的挙動応答を取得しました。 Diao ら 8 は、ラウンドリンクチェーンの接触応力について光弾性実験と有限要素 (FE) 解析を実施しました。 Wang et al.9 は、時変動的解析手法を使用して、ヘビースクレーパーコンベヤのチェーンの動的張力分布を取得しました。 直線セグメントと屈曲セグメントの隣接するチェーン間の三次元接触に対して有限要素解析を実施し、チェーンの三次元応力分布を求めた。

検討したように、丸リンク チェーンは通常、バルク材料の搬送や移動動作のために大きな軸方向の荷重を受けるため、軸方向の動的特性には当然のことながらより多くの注意が払われます。 丸いチェーンが調和または衝撃的な励起を受けると、衝撃、摩擦、さらには塑性変形 10 が観察されることがあります。 ラウンドリンクチェーンは典型的な粘弾性システムを構成します。 動的解析では、減衰効果と非線形剛性を考慮する必要があります。 Kelvin-Voight モデルは、最初にパウンディング問題のために開発されました 11 が、エネルギー散逸を考慮するために広く使用されています。 ただし、叩きの問題と非常によく似ており、接触、摩擦、塑性変形は実際にはすべて非線形です。 したがって、線形モデルでは減衰と剛性の非線形要素を完全に考慮することはできません。 パウンディング問題の問題に対処するために、Hertzdamp 非線形モデル 13 や非線形 Hunt-Crossley モデル 14 などの種類の非線形モデル 12 が提案されています。 すべての非線形モデルは多くの場合において非常に効率的かつ正確であり、他の粘弾性システムのモデル化にもよく使用されます 15、16、17。