圆管带式输送机的运行仿真方法及装置

权利要求书： 1.一种圆管带式输送机的运行仿真方法，其特征在于，包括：

创建托辊的几何三维模型和输送带的几何三维模型；

分别将所述托辊的几何三维模型和所述输送带的几何三维模型离散成结构性网格；

设置所述输送带的材料为线弹性材料，并设置所述输送带的经纬向，将所述线弹性材料属性和所述输送带的经纬向输入线弹性模型，得到所述输送带的径向应变属性、纬向应变属性和经纬向剪切应变属性；

获取所述托辊、所述输送带和临时定型筒的实体结构参数，并综合运用所述结构性网格、所述输送带的径向应变属性、纬向应变属性和经纬向剪切应变属性及获取到的实体结构参数，得到圆管带式输送机整体模型；

设置所述圆管带式输送机整体模型中托辊、输送带和临时定型筒的接触属性；

设置所述圆管带式输送机整体模型中托辊、输送带和临时定型筒的边界条件及载荷，所述设置所述圆管带式输送机整体模型中托辊、输送带和临时定型筒的边界条件及载荷的过程，包括：设置输送带头尾耦合点为6个方向的自由度，并设置使输送带卷曲成管状的施加压强；利用输送带上的黏性压力系数c的选取公式



设置输送带的黏性压力载荷，E为输送带的弹性模量，v为输送带材料泊松比，ρ为材料密度；将托辊划分为上下两组，初始状态为打开状态，并设置使上下两组托辊闭合成型，且将输送带固定为圆管状的位移载荷；设置输送带头部耦合点的单一自由度的位移载荷，并设置控制输送带运动加速度的幅值曲线，以及设置输送带尾部耦合点模拟输送带张力的单一方向的集中力载荷；

将设置托辊、输送带和临时定型筒的接触属性、边界条件及载荷后得到的圆管带式输送机整体模型输入上位机运行，获取所述上位机输出的运行结果，并从所述运行结果中提取出输送带张力和托辊在不同坐标位置的不同角度的受力情况。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述线弹性模型为：



ε1，ε2，γ12分别为输送带经向的应变，纬向应变以及经纬向剪切应变；E1，E1，G12分别是输送带经向弹性模量，纬向弹性模量及经纬向剪切模量；υ12为泊松比；σ11，σ22，τ12分别是输送带经向应力，纬向应力及经纬向剪切应力。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，设置所述圆管带式输送机整体模型中托辊、输送带和临时定型筒的接触属性，包括：

设置托辊与输送带的接触属性为库伦摩擦，切向接触方式设置为罚函数法并设定摩擦系数，设置法向接触为硬接触；

设置输送带与临时定型筒之间为理想光滑接触；

设置所述输送带的参考点与输送带端部耦合，耦合方式为连续分布，并设置输送带端部可自由变形；

设置托辊的内壁与托辊的参考点的自由度属性为唯一可转动，以及三个托辊的参考点与一个托辊组的参考点以MPC梁方式连接。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，设置使上下两组托辊闭合成型，且将输送带固定为圆管状的位移载荷之后，还包括：

设置使输送带移动、弯曲到设计的位置的托辊组的参考点的位移载荷和旋转载荷。

5.一种圆管带式输送机的运行仿真装置，其特征在于，包括：

创建模块，用于创建托辊的几何三维模型和输送带的几何三维模型；

离散模块，用于分别将所述托辊的几何三维模型和所述输送带的几何三维模型离散成结构性网格；

第一确定模块，用于设置所述输送带的材料为线弹性材料，并设置所述输送带的经纬向，将所述线弹性材料属性和所述输送带的经纬向输入线弹性模型，得到所述输送带的径向应变属性、纬向应变属性和经纬向剪切应变属性；

第二确定模块，用于获取所述托辊、所述输送带和临时定型筒的实体结构参数，并综合运用所述结构性网格、所述输送带的径向应变属性、纬向应变属性和经纬向剪切应变属性及获取到的实体结构参数，得到圆管带式输送机整体模型；

第一设置模块，用于设置所述圆管带式输送机整体模型中托辊、输送带和临时定型筒的接触属性；

第二设置模块，用于设置所述圆管带式输送机整体模型中托辊、输送带和临时定型筒的边界条件及载荷；所述第二设置模块，包括：第五设置单元，用于设置输送带头尾耦合点为6个方向的自由度，并设置使输送带卷曲成管状的施加压强；第六设置单元，用于利用输送带上的黏性压力系数c的选取公式



设置输送带的黏性压力载荷，E为输送带的弹性模量，v为输送带材料泊松比，ρ为材料密度；第七设置单元，用于将托辊划分为上下两组，初始状态为打开状态，并设置使上下两组托辊闭合成型，且将输送带固定为圆管状的位移载荷；第八设置单元，用于设置输送带头部耦合点的单一自由度的位移载荷，并设置控制输送带运动加速度的幅值曲线，以及设置输送带尾部耦合点模拟输送带张力的单一方向的集中力载荷；

第三确定模块，用于将设置托辊、输送带和临时定型筒的接触属性、边界条件及载荷后得到的圆管带式输送机整体模型输入上位机运行，获取所述上位机输出的运行结果，并从所述运行结果中提取出输送带张力和托辊在不同坐标位置的不同角度的受力情况。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述线弹性模型为：



ε1，ε2，γ12分别为输送带经向的应变，纬向应变以及经纬向剪切应变；E1，E1，G12分别是输送带经向弹性模量，纬向弹性模量及经纬向剪切模量；υ12为泊松比；σ11，σ22，τ12分别是输送带经向应力，纬向应力及经纬向剪切应力。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述第一设置模块包括：

第一设置单元，用于设置托辊与输送带的接触属性为库伦摩擦，切向接触方式设置为罚函数法并设定摩擦系数，设置法向接触为硬接触；

第二设置单元，用于设置输送带与临时定型筒之间为理想光滑接触；

第三设置单元，用于设置所述输送带的参考点与输送带端部耦合，耦合方式为连续分布，并设置输送带端部可自由变形；

第四设置单元，用于设置托辊的内壁与托辊的参考点的自由度属性为唯一可转动，以及三个托辊的参考点与一个托辊组的参考点以MPC梁方式连接。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二设置模块，还包括：

第九设置单元，用于设置使输送带移动、弯曲到设计的位置的托辊组的参考点的位移载荷和旋转载荷。

说明书： 一种圆管带式输送机的运行仿真方法及装置技术领域

本申请涉及输送机技术领域，特别涉及一种圆管带式输送机的运行仿真方法及装置。

背景技术

圆管带式输送机因其具备输送过程封闭环保、输送线路可空间转弯、爬升角度大等技术优点，已经在电力、冶金、港口等行业得到了较广泛应用。

但是圆管带式输送机在大角度转弯过程中，由于左右两侧的受力不同，输送带和托辊的受力情况会发生变化，输送带很容易产生扭转等问题。为了减少输送带产生扭转等问题，在圆管带式输送机投入使用前，需要通过模拟圆管带式输送机的运行状况，来确定圆管带式输送机中托辊的受力情况和输送带的张力，调整圆管带式输送机的结构，使其满足使用要求。而如何模拟圆管带式输送机的运行状况，来确定圆管带式输送机中托辊的受力情况和输送带的张力成为问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种圆管带式输送机的运行仿真方法及装置，以达到实现对圆管带式输送机运行状况的模拟的目的，技术方案如下：

一种圆管带式输送机的运行仿真方法，包括：

创建托辊的几何三维模型和输送带的几何三维模型；

分别将所述托辊的几何三维模型和所述输送带的几何三维模型离散成结构性网格；

设置所述输送带的材料为线弹性材料，并设置所述输送带的经纬向，将所述线弹性材料属性和所述输送带的经纬向输入线弹性模型，得到所述输送带的径向应变属性、纬向应变属性和经纬向剪切应变属性；

获取所述托辊、所述输送带和临时定型筒的实体结构参数，并综合运用所述结构性网格、所述输送带的径向应变属性、纬向应变属性和经纬向剪切应变属性及获取到的实体结构参数，得到圆管带式输送机整体模型；

设置所述圆管带式输送机整体模型中托辊、输送带和临时定型筒的接触属性；

设置所述圆管带式输送机整体模型中托辊、输送带和临时定型筒的边界条件及载荷；

将设置托辊、输送带和临时定型筒的接触属性、边界条件及载荷后得到的圆管带式输送机整体模型输入上位机运行，获取所述上位机输出的运行结果，并从所述运行结果中提取出输送带张力和托辊在不同坐标位置的不同角度的受力情况。

优选的，所述线弹性模型为：



ε1，ε2，γ12分别为输送带经向的应变，纬向应变以及经纬向剪切应变；E1，E1，G12分别是输送带经向弹性模量，纬向弹性模量及经纬向剪切模量；υ12为泊松比；σ11，σ22，τ12分别是输送带经向应力，纬向应力及经纬向剪切应力。

优选的，设置所述圆管带式输送机整体模型中托辊、输送带和临时定型筒的接触属性，包括：

设置托辊与输送带的接触属性为库伦摩擦，切向接触方式设置为罚函数法并设定摩擦系数，设置法向接触为硬接触；

设置输送带与临时定型筒之间为理想光滑接触；

设置所述输送带的参考点与输送带端部耦合，耦合方式为连续分布，并设置输送带端部可自由变形；

设置托辊的内壁与托辊的参考点的自由度属性为唯一可转动，以及三个托辊的参考点与一个托辊组的参考点以MPC梁方式连接。

优选的，设置所述圆管带式输送机整体模型中托辊、输送带和临时定型筒的边界条件及载荷的过程，包括：

设置输送带头尾耦合点为6个方向的自由度，并设置使输送带卷曲成管状的施加压强；

利用输送带上的黏性压力系数c的选取公式



设置输送带的黏性压力载荷，E为输送带的弹性模量，v为输送带材料泊松比，ρ为材料密度；

将托辊划分为上下两组，初始状态为打开状态，并设置使上下两组托辊闭合成型，且将输送带固定为圆管状的位移载荷；

设置输送带头部耦合点的单一自由度的位移载荷，并设置控制输送带运动加速度的幅值曲线，以及设置输送带尾部耦合点模拟输送带张力的单一方向的集中力载荷。

优选的，设置使上下两组托辊闭合成型，且将输送带固定为圆管状的位移载荷之后，还包括：

设置使输送带移动、弯曲到设计的位置的托辊组的参考点的位移载荷和旋转载荷。

一种圆管带式输送机的运行仿真装置，包括：

创建模块，用于创建托辊的几何三维模型和输送带的几何三维模型；

离散模块，用于分别将所述托辊的几何三维模型和所述输送带的几何三维模型离散成结构性网格；

第一确定模块，用于设置所述输送带的材料为线弹性材料，并设置所述输送带的经纬向，将所述线弹性材料属性和所述输送带的经纬向输入线弹性模型，得到所述输送带的径向应变属性、纬向应变属性和经纬向剪切应变属性；

第二确定模块，用于获取所述托辊、所述输送带和临时定型筒的实体结构参数，并综合运用所述结构性网格、所述输送带的径向应变属性、纬向应变属性和经纬向剪切应变属性及获取到的实体结构参数，得到圆管带式输送机整体模型；

第一设置模块，用于设置所述圆管带式输送机整体模型中托辊、输送带和临时定型筒的接触属性；

第二设置模块，用于设置所述圆管带式输送机整体模型中托辊、输送带和临时定型筒的边界条件及载荷；

第三确定模块，用于将设置托辊、输送带和临时定型筒的接触属性、边界条件及载荷后得到的圆管带式输送机整体模型输入上位机运行，获取所述上位机输出的运行结果，并从所述运行结果中提取出输送带张力和托辊在不同坐标位置的不同角度的受力情况。

优选的，所述线弹性模型为：



ε1，ε2，γ12分别为输送带经向的应变，纬向应变以及经纬向剪切应变；E1，E1，G12分别是输送带经向弹性模量，纬向弹性模量及经纬向剪切模量；υ12为泊松比；σ11，σ22，τ12分别是输送带经向应力，纬向应力及经纬向剪切应力。

优选的，所述第一设置模块包括：

第一设置单元，用于设置托辊与输送带的接触属性为库伦摩擦，切向接触方式设置为罚函数法并设定摩擦系数，设置法向接触为硬接触；

第二设置单元，用于设置输送带与临时定型筒之间为理想光滑接触；

第三设置单元，用于设置所述输送带的参考点与输送带端部耦合，耦合方式为连续分布，并设置输送带端部可自由变形；

第四设置单元，用于设置托辊的内壁与托辊的参考点的自由度属性为唯一可转动，以及三个托辊的参考点与一个托辊组的参考点以MPC梁方式连接。

优选的，所述第二设置模块，包括：

第五设置单元，用于设置输送带头尾耦合点为6个方向的自由度，并设置使输送带卷曲成管状的施加压强；

第六设置单元，用于利用输送带上的黏性压力系数c的选取公式



设置输送带的黏性压力载荷，E为输送带的弹性模量，v为输送带材料泊松比，ρ为材料密度；

第七设置单元，用于将托辊划分为上下两组，初始状态为打开状态，并设置使上下两组托辊闭合成型，且将输送带固定为圆管状的位移载荷；

第八设置单元，用于设置输送带头部耦合点的单一自由度的位移载荷，并设置控制输送带运动加速度的幅值曲线，以及设置输送带尾部耦合点模拟输送带张力的单一方向的集中力载荷。

优选的，所述第二设置模块，还包括：

第九设置单元，用于设置使输送带移动、弯曲到设计的位置的托辊组的参考点的位移载荷和旋转载荷。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

在本申请中，通过创建托辊的几何三维模型和输送带的几何三维模型；分别将所述托辊的几何三维模型和所述输送带的几何三维模型离散成结构性网格；设置所述输送带的材料为线弹性材料，并设置所述输送带的经纬向，将所述线弹性材料属性和所述输送带的经纬向输入Lamina本构模型，得到所述输送带的径向应变属性、纬向应变属性和经纬向剪切应变属性；获取所述托辊、所述输送带和临时定型筒的实体结构参数，并综合运用所述结构性网格、所述输送带的径向应变属性、纬向应变属性和经纬向剪切应变属性及获取到的实体结构参数，得到圆管带式输送机整体模型；设置所述圆管带式输送机整体模型中托辊、输送带和临时定型筒的接触属性；设置所述圆管带式输送机整体模型中托辊、输送带和临时定型筒的边界条件及载荷；将设置托辊、输送带和临时定型筒的接触属性、边界条件及载荷后得到的圆管带式输送机整体模型输入上位机运行，获取所述上位机输出的运行结果，实现对圆管带式输送机运行状况的模拟，进而从所述运行结果中提取出输送带张力和托辊在不同坐标位置的不同角度的受力情况，作为圆管带式输送机的结构调整的依据。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请提供的圆管带式输送机的运行仿真方法的一种流程图；

图2是本申请提供的圆管带式输送机整体模型的一种示意图；

图3是本申请提供的托辊固定输送带的一种示意图；

图4是本申请提供的动态仿真过程中输送带运行到某一个时刻的状态示意图；

图5是本申请提供的圆管带式输送机的运行仿真装置的一种逻辑结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本实施例中，采用有限元仿真技术，进行圆管带式输送机的运行仿真，提供了一种圆管带式输送机的运行仿真方法，请参见图1，可以包括以下步骤：

步骤S11：创建托辊的几何三维模型和输送带的几何三维模型。

创建的托辊的几何三维模型具体可以为圆柱状片体模型，类型为三维刚体。创建的输送带的几何三维模型具体可以为皮带展开状态模型，类型为三维可变形体。

本实施例中，具体可以采用片体建模法创建托辊的几何三维模型和输送带的几何三维模型。

步骤S12：分别将所述托辊的几何三维模型和所述输送带的几何三维模型离散成结构性网格。

本实施例中，具体可以设置全局网格种子密度，利用全局网格种子密度将所述托辊的几何三维模型和所述输送带的几何三位模型离散成结构性网格。

具体可以采用shell单元将所述托辊的几何三维模型和所述输送带的几何三位模型离散成结构性网格。shell单元具体可以包括但不局限于线性平面应力单元。

其中，托辊和输送带可以设置不同的全局网格种子密度。与设置不同的全局网格种子密度的实施方式相对应，采用符合托辊特点的全局网格种子密度将托辊的几何三维模型离散成结构性网格，采用符合输送带特点的全局网格种子密度将输送带的几何三维模型离散成结构性网格。

将托辊的几何三维模型和输送带的几何三维模型离散成结构性网格，可以简化数据结构，提高计算速度，区域光滑，与实际托辊和输送带的实际模型更贴近。

步骤S13：设置所述输送带的材料为线弹性材料，并设置所述输送带的经纬向，将所述线弹性材料属性和所述输送带的经纬向输入线弹性模型，得到所述输送带的径向应变属性、纬向应变属性和经纬向剪切应变属性。

步骤S14：获取所述托辊、所述输送带和临时定型筒的实体结构参数，并综合运用所述结构性网格、所述输送带的径向应变属性、纬向应变属性和经纬向剪切应变属性及获取到的实体结构参数，得到圆管带式输送机整体模型。

步骤S15：设置所述圆管带式输送机整体模型中托辊、输送带和临时定型筒的接触属性。

步骤S16：设置所述圆管带式输送机整体模型中托辊、输送带和临时定型筒的边界条件及载荷。

在完成步骤S11至步骤S16后，得到的圆管带式输送机整体模型为可以计算的有限元模型。

步骤S17：将设置托辊、输送带和临时定型筒的接触属性、边界条件及载荷后得到的圆管带式输送机整体模型输入上位机运行，获取所述上位机输出的运行结果，并从所述运行结果中提取出输送带张力和托辊在不同坐标位置的不同角度的受力情况。

本实施例中，还可以从所述运行结果中提取出Mise应力应变云图。Mise应力应变云图可以用于判断输送带的受力情况。

在本申请中，通过创建托辊的几何三维模型和输送带的几何三维模型；分别将所述托辊的几何三维模型和所述输送带的几何三维模型离散成结构性网格；设置所述输送带的材料为线弹性材料，并设置所述输送带的经纬向，将所述线弹性材料属性和所述输送带的经纬向输入Lamina本构模型，得到所述输送带的径向应变属性、纬向应变属性和经纬向剪切应变属性；获取所述托辊、所述输送带和临时定型筒的实体结构参数，并综合运用所述结构性网格、所述输送带的径向应变属性、纬向应变属性和经纬向剪切应变属性及获取到的实体结构参数，得到圆管带式输送机整体模型；设置所述圆管带式输送机整体模型中托辊、输送带和临时定型筒的接触属性；设置所述圆管带式输送机整体模型中托辊、输送带和临时定型筒的边界条件及载荷；将设置托辊、输送带和临时定型筒的接触属性、边界条件及载荷后得到的圆管带式输送机整体模型输入上位机运行，获取所述上位机输出的运行结果，实现对圆管带式输送机运行状况的模拟，进而从所述运行结果中提取出输送带张力和托辊在不同坐标位置的不同角度的受力情况，作为圆管带式输送机的结构调整的依据。

需要说明的是，从运行结果中提取出托辊在不同坐标位置的不同角度的受力情况，作为圆管待使输送机的结构调整的依据具体可以为：有针对性的进行托辊间距和托辊型号选择。

在本申请的另一个实施例中，对上述线弹性模型进行介绍，具体如下：

线弹性模型具体可以为Lamina本构模型，Lamina本构模型为：



ε1，ε2，γ12分别为输送带经向的应变，纬向应变以及经纬向剪切应变；E1，E1，G12分别是输送带经向弹性模量，纬向弹性模量及经纬向剪切模量；υ12为泊松比；σ11，σ22，τ12分别是输送带经向应力，纬向应力及经纬向剪切应力。

其中，E1，E1，G12是根据上述线弹性材料属性确定的。

在本申请的另一个实施例中，对设置所述圆管带式输送机整体模型中托辊、输送带和临时定型筒的接触属性的过程进行介绍，具体过程可以包括以下步骤：

A11：设置托辊与输送带的接触属性为库伦摩擦，切向接触方式设置为罚函数法并设定摩擦系数，设置法向接触为硬接触。

A12：设置输送带与临时定型筒之间为理想光滑接触。

本实施例中，利用临时定型筒可以辅助进行模拟输送带卷曲成圆管的过程。

A13：设置所述输送带的参考(RP)点与输送带端部耦合，耦合方式为连续分布，并设置输送带端部可自由变形。

A14：设置托辊的内壁与托辊的参考点的自由度属性为唯一可转动，以及三个托辊的参考点与一个托辊组的参考点以MPC梁方式连接。

本实施例中，利用MPC梁将三个托辊耦合到一个参考点上进行控制。

在本申请的另一个实施例中，对设置所述圆管带式输送机整体模型中托辊、输送带和临时定型筒的边界条件及载荷的过程进行介绍，具体过程可以包括以下步骤：

A21：设置输送带头尾耦合点为6个方向的自由度，并设置使输送带卷曲成管状的施加压强。

A22：利用输送带上的黏性压力系数c的选取公式



设置输送带的黏性压力载荷，E为输送带的弹性模量，v为输送带材料泊松比，ρ为材料密度。

设置输送带的黏性压力载荷后，模型运行时输送带的卷曲过程称为准静态过程。

A23：将托辊划分为上下两组，初始状态为打开状态，并设置使上下两组托辊闭合成型，且将输送带固定为圆管状的位移载荷。

步骤A21-A23设置的是模拟圆管带式输送机的输送带进行卷曲的参数，使模型运行时保证输送带进行卷曲。

其中，可以通过调整上下两组托辊的空间位置来模拟不同转弯爬升角度的运行线路。

A24：设置输送带头部耦合点的单一自由度的位移载荷，并设置控制输送带运动加速度的幅值曲线，以及设置输送带尾部耦合点模拟输送带张力的单一方向的集中力载荷。

设置输送带头部耦合点的单一自由度的位移载荷，并设置控制输送带运动加速度的幅值曲线即设置的是模拟输送带运行的参数，设置输送带尾部耦合点模拟输送带张力的单一方向的集中力载荷即设置的是模拟圆管带式输送机的输送带张力的参数。

在本申请的另一个实施例中，示出了另外一种设置所述圆管带式输送机整体模型中托辊、输送带和临时定型筒的边界条件及载荷的过程，具体过程可以包括以下步骤：

A31：设置输送带头尾耦合点为6个方向的自由度，并设置使输送带卷曲成管状的施加压强。

A32：利用输送带上的黏性压力系数c的选取公式



设置输送带的黏性压力载荷，E为输送带的弹性模量，v为输送带材料泊松比，ρ为材料密度。

A33：将托辊划分为上下两组，初始状态为打开状态，并设置使上下两组托辊闭合成型，且将输送带固定为圆管状的位移载荷。

步骤A31-A33与前述实施例中的步骤A21-A23一一对应，步骤A31-A33的具体过程在此不再赘述。

A34：设置使输送带移动、弯曲到设计的位置的托辊组的参考点的位移载荷和旋转载荷。

步骤A34设置的是模拟圆管带式输送机中输送带卷曲后按照运行线路进行转弯的参数，保证模型运行时输送带卷曲后能够按照运行线路进行转弯。

A35：设置输送带头部耦合点的单一自由度的位移载荷，并设置控制输送带运动加速度的幅值曲线，以及设置输送带尾部耦合点模拟输送带张力的单一方向的集中力载荷。

步骤A35与前述实施例中的步骤A24对应，步骤A35的具体过程在此不再赘述。

通过本实施例设置的参数，可以模型仿真运行时得到每个托辊组的受力情况，以及输送带张力随转弯角度、运行速度不同而发生的变化，提高了圆管带式输送机动态仿真与实际工况的符合程度，提高了预测的准确性为避免输送带发生扭转、确定可行的转弯半径和合理设计输送线路提供了参考依据。

在本申请中，以常见的D200管径管带机水平展开段的仿真为例，对本申请提供的圆管带式输送机的运行仿真方法进行说明。具体实施基于有限元仿真计算软件ABAQUS，在其他瞬态仿真软件中也可以执行。仿真方法具体步骤如下：

1、采用kg-m-s单位制，在Part模块中创建托辊的圆柱状片体模型，模型类型选择为三维刚体，拉伸高度为0.95m。再创建一个宽度为0.78m，长度为15m的矩形片体作为皮带展开状态模型，类型选择为三维可变形体。

步骤1对应前述实施例中的步骤S11。

2、在mesh模块中对皮带进行区域切分，优选的，划分出模拟物料载荷的加载段和进行皮带卷曲的临时加载段；设置不同部件优选的全局网格尺寸，输送带的网格尺寸设置为20，滚筒、托辊等构件的网格尺寸为25。对所有部件都划分结构性网格；选择单元类型为4节点壳单元，默认沙漏系数。

步骤2对应前述实施例中的步骤S12。

3、在property模块创建皮带的材料属性，输入密度为1200kg/m3，弹性为线弹性本构，材料模型为lamina，依次填入E1，E2，υ12，G12，G13，G23。创建皮带材料局部坐标系，指定输送带材料的经向和纬向，并设置皮带层厚度为0.01。

步骤3对应前述实施例中的步骤S13。

4、在assemble模块中将皮带、托辊、滚筒、临时定型筒实例化，将它们移动到对应直线位置上，建立好的模型如图2所示。

步骤4对应前述实施例中的步骤S14。

5、定义托辊与皮带的接触属性为库伦摩擦，切向接触方式定义为罚函数法，设定摩擦系数为0.3，法向接触为硬接触；定义皮带与临时定型筒之间为理想光滑接触。定义皮带参考点与皮带端部耦合，耦合方式为连续分布，允许皮带端部的自由变形；定义托辊内壁与托辊参考点的自由度4唯一可转动属性，再定义三个托辊参考点与一个托辊组参考点的MPC梁方式连接。

步骤5对应前述实施例中的步骤S15。

6、设置托辊、输送带、临时定型筒的边界条件及载荷：

1)在第一个分析步中，输送带头尾耦合点限制6个方向的自由度，对输送带施加压强和黏性压力使其卷曲成管状，压强优选为2600Pa；2)六边形的托辊分为上下两组，设定位移载荷，上组托辊位移0.23m，托辊运动速度优选0.5m/s，利用托辊将输送带固定，如图3所示；3)控制位移，使管带机线路达到设计的位置；4)在输送带头部耦合点设置单一自由度的位移载荷，并采用幅值曲线控制输送带运动以实现输送带的平稳加速，最终稳定速度为3.5m/s，在输送带尾部耦合点设置单一方向的集中力载荷模拟皮带截面上受到的张力。

步骤6对应前述实施例中的步骤S16。

7、提交任务，计算完成后查看变形后的结果，如图4所示，得到在输送带在运动情况下的Mise应力应变云图，并利用场变量数据提取出不同坐标位置的不同角度托辊的受力情况。

步骤7对应前述实施例中的步骤S17。

与前述方法实施例相对应，本实施例提供了一种圆管带式输送机的运行仿真装置，请参见图5，圆管带式输送机的运行仿真装置包括：创建模块11、离散模块12、第一确定模块13、第二确定模块14、第一设置模块15、第二设置模块16和第三确定模块17。

创建模块11，用于创建托辊的几何三维模型和输送带的几何三维模型。

离散模块12，用于分别将所述托辊的几何三维模型和所述输送带的几何三维模型离散成结构性网格。

第一确定模块13，用于设置所述输送带的材料为线弹性材料，并设置所述输送带的经纬向，将所述线弹性材料属性和所述输送带的经纬向输入线弹性模型，得到所述输送带的径向应变属性、纬向应变属性和经纬向剪切应变属性。

第二确定模块14，用于获取所述托辊、所述输送带和临时定型筒的实体结构参数，并综合运用所述结构性网格、所述输送带的径向应变属性、纬向应变属性和经纬向剪切应变属性及获取到的实体结构参数，得到圆管带式输送机整体模型。

第一设置模块15，用于设置所述圆管带式输送机整体模型中托辊、输送带和临时定型筒的接触属性。

第二设置模块16，用于设置所述圆管带式输送机整体模型中托辊、输送带和临时定型筒的边界条件及载荷。

第三确定模块17，用于将设置托辊、输送带和临时定型筒的接触属性、边界条件及载荷后得到的圆管带式输送机整体模型输入上位机运行，获取所述上位机输出的运行结果，并从所述运行结果中提取出输送带张力和托辊在不同坐标位置的不同角度的受力情况。

本实施例中，所述线弹性模型为：



ε1，ε2，γ12分别为输送带经向的应变，纬向应变以及经纬向剪切应变；E1，E1，G12分别是输送带经向弹性模量，纬向弹性模量及经纬向剪切模量；υ12为泊松比；σ11，σ22，τ12分别是输送带经向应力，纬向应力及经纬向剪切应力。

本实施例中，第一设置模块15具体可以包括：第一设置单元、第二设置单元、第三设置单元和第四设置单元。

第一设置单元，用于设置托辊与输送带的接触属性为库伦摩擦，切向接触方式设置为罚函数法并设定摩擦系数，设置法向接触为硬接触。

第二设置单元，用于设置输送带与临时定型筒之间为理想光滑接触。

第三设置单元，用于设置所述输送带的参考点与输送带端部耦合，耦合方式为连续分布，并设置输送带端部可自由变形。

第四设置单元，用于设置托辊的内壁与托辊的参考点的自由度属性为唯一可转动，以及三个托辊的参考点与一个托辊组的参考点以MPC梁方式连接。

本实施例中，第二设置模块16具体可以包括：第五设置单元、第六设置单元、第七设置单元和第八设置单元。

第五设置单元，用于设置输送带头尾耦合点为6个方向的自由度，并设置使输送带卷曲成管状的施加压强。

第六设置单元，用于利用输送带上的黏性压力系数c的选取公式



设置输送带的黏性压力载荷，E为输送带的弹性模量，v为输送带材料泊松比，ρ为材料密度。

第七设置单元，用于将托辊划分为上下两组，初始状态为打开状态，并设置使上下两组托辊闭合成型，且将输送带固定为圆管状的位移载荷。

第八设置单元，用于设置输送带头部耦合点的单一自由度的位移载荷，并设置控制输送带运动加速度的幅值曲线，以及设置输送带尾部耦合点模拟输送带张力的单一方向的集中力载荷。

本实施例中，第二设置模块16还可以包括：第九设置单元，用于设置使输送带移动、弯曲到设计的位置的托辊组的参考点的位移载荷和旋转载荷。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的一种圆管带式输送机的运行仿真方法及装置进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。