Identification et modélisation des paramètres dynamiques des chaînes à maillons ronds soumises à des charges axiales

Nov 25, 2023

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 16155 (2022) Citer cet article

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Une chaîne à maillons ronds soumise à des charges dynamiques axiales compose un système viscoélastique non linéaire. Contrairement aux problèmes de martèlement classiques, la chaîne à maillons ronds subira non seulement une déformation élastique linéaire, mais également une déformation plastique ou par impact non linéaire. Basée sur une formulation théorique et des expériences, une nouvelle approche est présentée dans cet article pour modéliser et identifier les paramètres dynamiques non linéaires, à savoir la rigidité et l'amortissement de la chaîne à maillons ronds. En prenant en compte la déformation linéaire, la déformation non linéaire et la dissipation d'énergie, un modèle viscoélastique non linéaire modifié est développé pour décrire le comportement vibratoire de la chaîne avec un certain nombre de maillons ronds. Le modèle élastique linéaire et le modèle d'impact sont combinés pour obtenir la rigidité non linéaire équivalente, tandis que des expériences et la méthode d'ajustement des moindres carrés sont utilisées pour identifier l'amortissement non linéaire selon le modèle viscoélastique non linéaire modifié. Les influences des paramètres clés tels que la longueur de la chaîne, le module élastique et la fréquence de chargement sur la rigidité dynamique et l'amortissement sont étudiées. Un autre test est effectué pour valider le modèle d'identification et de bons accords sont observés.

En tant que composants clés des palans d'expédition/de levage ou des machines de manutention de matériaux en vrac, les chaînes à maillons ronds sont largement utilisées dans le génie maritime, mécanique, minier et civil. Les recherches sur les caractéristiques dynamiques sont d'une grande importance pour le bon fonctionnement des équipements et machines correspondants1,2,3.

De nombreux chercheurs se sont consacrés à l’analyse statique et dynamique de types de chaînes à maillons ronds. Ming et al.4 ont dérivé une équation pour relier la zone de contact des chaînes à maillons ronds à la contrainte de contact statique. Li et al.5 ont calculé la contrainte maximale et la répartition de la pression de la zone de contact de la chaîne à anneaux par la théorie de Hertz, et ont obtenu la contrainte maximale de la zone de contact d'engrènement de la chaîne à pignons. Bian et al.6 ont établi l'équation mathématique de la structure de la chaîne circulaire, en ont déduit deux modèles d'analyse statique du contact entre les plateaux, simulé et analysé le processus de collision entre les chaînes circulaires et révélé le mécanisme de rupture par fatigue et la loi de propagation des fissures de fatigue de la chaîne circulaire. Li et al.7 ont établi un modèle prototype virtuel pour la simulation dynamique du système d'entraînement par chaîne, simulé et analysé le démarrage de la charge de la chaîne annulaire après l'arrêt et obtenu la loi de variation de la cinématique et la réponse dynamique du contact d'engrènement. Diao et al.8 ont mené des expériences de photoélasticité et une analyse par éléments finis (EF) sur la contrainte de contact pour les chaînes à maillons ronds. Wang et al.9 ont utilisé une méthode d'analyse dynamique variable dans le temps pour obtenir la répartition dynamique de la tension de la chaîne d'un convoyeur à racleurs lourds. L'analyse par éléments finis a été réalisée sur le contact tridimensionnel entre les chaînes adjacentes du segment droit et le segment fléchissant pour obtenir la répartition tridimensionnelle des contraintes de la chaîne.

Comme nous l'avons vu, étant donné que les chaînes à maillons ronds subissent généralement de lourdes charges axiales pour transporter des matériaux en vrac ou pour transférer des mouvements, une plus grande attention est accordée aux caractéristiques dynamiques dans la direction axiale. Lorsque la chaîne ronde est soumise à des excitations harmoniques ou impactantes, des impactements, des frottements voire des déformations plastiques10 peuvent être observés. La chaîne à maillons ronds compose un système viscoélastique typique. Les effets d'amortissement et la rigidité non linéaire doivent être pris en compte dans l'analyse dynamique. Le modèle Kelvin – Voight, initialement développé pour les problèmes de martèlement11, est largement utilisé pour prendre en compte la dissipation d'énergie. Cependant, à l’instar des problèmes de martèlement, le contact, le frottement et la déformation plastique sont en réalité tous non linéaires. Ainsi, le modèle linéaire ne peut pas totalement prendre en compte les facteurs non linéaires pour l’amortissement et la rigidité. Pour résoudre les problèmes de martèlement, des types de modèles non linéaires12, tels que le modèle non linéaire de Hertzdamp13 et le modèle non linéaire de Hunt – Crossley14, ont été proposés. Tous les modèles non linéaires sont efficaces et précis dans de nombreux cas et sont également bien utilisés pour modéliser d'autres systèmes viscoélastiques15,16,17.