[发明专利]一种含间隙液压支架刚柔耦合动力学可视化仿真方法

说明书

本发明属于动力学可视化仿真运动领域，涉及一种含间隙液压支架刚柔耦合动力学可视化仿真方法。S1根据一种型号的液压支架总装图纸，建立该型号支顶掩护式液压支架的三维模型图导入到ADAMS中；S2在ADAMS中添加除了含间隙关节相应的运动副的约束，实现运动关节连接关系；S3考虑前、后连杆与顶梁和底座之间存在间隙，完成含间隙关节的建模；S4将连杆做柔性化处理；S5设置立柱二级油缸和平衡千斤顶移动副的驱动函数；S6仿真模拟及后处理获得支架高度随水平偏移的变化结果图。本发明基于数字孪生技术，利用数字化样机，实现了支顶掩护式液压支架顶梁前端运动状态的模拟，为支顶掩护式液压支架压架实验研究提供硬件基础。

技术领域

本发明属于动力学可视化仿真运动领域，涉及一种含间隙液压支架刚柔耦合动力学可视化仿真方法。

背景技术

数字孪生指将现实世界中的物理模型映射为数字世界中的虚拟模型，虚拟模型和物理模型可以进行双向的数据交互以及信息融合，迭代优化，进而改善真实的物理系统性能。数字孪生技术作为新的数字化关键技术已应用到了与工业4.0相关的智能制造领域。通过将物理实体或流程转化为准实时的数字化镜像，实现对生产全流程的模拟分析。液压支架是现代化煤矿综采装备的关键装备之一。随着采煤层深度和厚度的增加，以及节能环保绿色理念的提出，对液压支架的设计和工作要求也越来越高。许多传统的设计方法使用“设计-试制-试验-改进”的基于物理样机的设计研发模式，这种设计研发模式的缺点是周期长、成本高，而计算机技术的发展为大型复杂结构件的仿真提供了有效的软硬件平台。通过建立基于数字孪生技术数字化样机代替真实的物理样机，进行数字化样机分析可以指导物理样机的设计工作，同时能够进一步为细化数字化样机提供建模参考，反映环境对性能的影响；并利用建立起来的数字化样机进行分析，来测试物理样机在使用中的性能，并对其校验，将结果反馈到设计阶段。

发明内容

本发明提供了一种含间隙液压支架刚柔耦合动力学可视化仿真方法，本发明考虑液压支架部分构件柔性和部分构件间间隙，用于模拟含间隙支顶掩护式液压支架刚柔耦合动力学仿真的过程中支架高度随水平偏移的运动轨迹。

一种含间隙液压支架刚柔耦合动力学可视化仿真方法，包括以下步骤：

S1，根据一种型号的液压支架总装图纸，建立该型号支顶掩护式液压支架的三维模型图，并将其保存为.x_t格式并导入到ADAMS软件中；

S2，在ADAMS中添加除了含间隙关节相应的运动副的约束，实现运动关节连接关系；

S3，考虑前、后连杆与顶梁和底座之间存在间隙，添加“接触”，接触刚度根据式(1)和(2)设置，力指数设置为1.5，穿透深度设置为0.01，阻尼系数设置为刚度系数的百分之一；考虑运动副间的摩擦，将摩擦力类型设置为库伦摩擦，静动摩擦系数可以根据材料类型查表获得。通过以上操作将构件间的几何约束转化为力约束，完成含间隙关节的建模；

式中，R_i，σ_i和E_i分别表示构件i的半径、泊松比和弹性模量。

S4，在ANSYS中将前后连杆做柔性化处理，划分网格的数目大于10000，并将其导入到ADAMS，并将柔性化处理好的前后连杆替换已建好模型中前后连杆的刚性体。

S5，设置立柱二级油缸和平衡千斤顶移动副的驱动函数；

S6，仿真模拟及后处理获得支架高度随水平偏移的变化结果图。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种含间隙液压支架刚柔耦合动力学可视化仿真方法，本发明考虑液压支架部分构件柔性和部分构件间间隙，用于模拟含间隙支顶掩护式液压支架刚柔耦合动力学仿真的过程中支架高度随水平偏移的运动轨迹。

附图说明