Задача анализа динамической прочности вала решалась с использованием алгоритмов и возможностей подсистемы Transient Structural конечноэлементного пакета ANSYS Workbench. Было проведено моделирование движения мельницы на промежутке времени, составляющем пять периодов вращения вала при угловой скорости 500 об/мин (около 0,6 с). Зависимость максимального перемещения мельницы от времени показана на рис. 1. Она носит периодический характер, за исключением начала первого оборота. Это связано с тем, что угловая скорость вращения задавалась согласно зависимости по формуле:
для снижения длительности и интенсивности переходного процесса (рис. 1).
Исследовалось три варианта загрузки мельницы: минимальный (каждая помольная камера загружена на 30% крупной рудой), максимальный (каждая помольная камера на 40% загружена мелкой рудой) и с дисбалансом (одна помольная камера заполнена на 30% крупной рудой, другая — на 40% мелкой) (рис. 2).
Динамическая прочность конструкции характеризуется значениями эквивалентных по Мизесу напряжений в ней. На рис. 2 показано распределение напряжений в конструкции мельницы в момент времени t = 0,47185 с, когда механические напряжения достигают своего максимума.
Очевидно, что для точного анализа динамической прочности необходимо сосредоточиться на напряженнодеформированном состоянии вала. Минимальное и максимальное распределение механических напряжений вала для несбалансированного типа загрузки мельницы показаны на рис. 3, 4.
Из рис. 3, 4 следует, что наиболее напряженной является область вала, показанная на рис. 5. Таким образом, анализ динамической прочности вала сводится к анализу напряженно-деформированного состояния на этой поверхности.
Изменчивость значения максимального эквивалентного напряжения вала в этой области для разных вариантов загрузки мельницы показана на рис. 6, 7. Следует отметить, что в начале движения в системе возникает переходной процесс, связанный с нереалистичным заданием нагружения на шкив вала. Исследование установившегося режима движения мельницы проводится с использованием данных моделирования, отстоящих от начала движения на 3 периода (интервал времени t = 0,47185 с).