基于ANSYS/LS-DYNA的圆锯片锯切过程仿真研究

摘要

绿篱修剪刀具是车载式绿篱修剪机的关键部件之一，刀具的耐用度和稳定性的好坏直接影响修剪质量和作业效率，同时也关系到已修剪绿篱是否能顺利、正常的生长，而且也是保证安全生产的关键因素。计算机仿真技术的迅速发展为刀具切割过程的深入研究提供了有力的工具，不仅有利于对切割机理的理解，而且对获取相关参数也有巨大的帮助，能够得到很多用实验方法不容易或者是不能获取的结果信息。
　　 本研究以课题组设计的回转式切割器选用的刀具圆锯片为研究对象，对圆锯片锯切枝条的过程基于ANSYS/LS-DYNA进行显式动态的数值模拟仿真。在查阅大量研究资料和掌握软件应用的基础上，从建模、网格划分、材料本构选择、加载到求解过程均进行了大量的摸索和总结，最终建立了合理的圆锯片锯切系统的有限元模型，实现了圆锯片锯切枝条过程的显式动力学仿真，并通过动画、曲线等表现手段展示了仿真结果，仿真结果与实际加工情况基本相符。通过对一定工况下的仿真结果和真实试验结果的对比分析，验证了本研究在有限元单元类型、材料模型及材料参数选择上的合理性。在此基础上，对锯切力进行单因素锯切数值模拟实验，得出不同参数情况下的锯切过程的应力云图、锯切力、刀具变形等结果信息，根据仿真所得的结果分析和研究各因素对锯切力和锯切效果的影响规律;用有限元数值仿真的方法，预测了一定工况下锯切枝条的临界切断速度的取值区间;对绿篱修剪中圆锯片的失效形式和原因进行了分析。对圆锯片进行模态分析，避免圆锯片在高速旋转下的共振现象发生;利用ANASYS软件的拓扑优化技术作为在圆锯片基体上开减振孔的理论指导和依据，减少由于在基体上不恰当开孔给圆锯片的整体刚度带来的影响，进而达到保证圆锯片刚度并且降低其振动的双重目的。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 研究意义

1．2 国内外的研究现状

1．2．1 绿篱修剪设备的研究现状及其发展趋势

1．2．2 圆锯片锯切技术研究现状

1．2．3 数值模拟技术在切削过程中的应用现状

1．3 课题研究内容

1．4 课题来源

第二章 圆锯片锯切枝条的显式动力有限元模型的建立与研究

2．1 锯切系统模型构建

2．1．1 锯切模型的简化

2．1．2 建立几何模型

2．1．3 建立物理模型

2．2 圆锯片锯切枝条模型合理性探索

2．2．1 圆锯片锯切力结果分析

2．2．2 圆锯片锯切过程的运动轨迹分析

2．2．3 枝条在锯切过程中的受力和节点运动情况

2．3 圆锯片锯切枝条模型验证

2．3．1 沙漏能时程曲线

2．3．2 仿真结果数据与实测试验结果的比较分析

2．4 本章小结

第三章 圆锯片锯切过程的仿真与分析

3．1 锯切力随锯切转速变化规律数值仿真与分析

3．2 锯切力随进锯速度变化规律数值仿真与分析

3．3 枝条因素对锯切力的影响规律数值仿真与分析

3．3．1 锯切力随枝条直径变化规律数值仿真与分析

3．3．2 锯切力随枝条排列方式变化规律数值仿真与分析

3．4 合理切削用量的选择研究

3．4．1 分析锯切性能的虚拟正交实验

3．4．2 进锯速度及其与锯切转速之间的合理匹配

3．4．3 临界切断速度的数值仿真研究

3．5 圆锯片的失效分析

3．5．1 圆锯片的失效形式和原因

3．5．2 断续锯切过程分析

3．5．3 圆锯片的动态失稳分析

3．6 本章小结

第四章 基于ANSYS的圆锯片模态分析和优化

4．1 有限元振动分析模型

4．2 圆锯片固有频率和振型的分析

4．2．1 圆锯片建模和网格化分

4．2．2 加载约束并求解

4．2．3 查看模态分析结果

4．3 夹盘直径对圆锯片固有频率的影响

4．4 基于ANSYS的拓扑优化

4．4．1 圆锯片拓扑优化过程

4．4．2 圆锯片拓扑优化结果分析

4．5 圆锯片基体结构的优化

4．5．1 圆锯片有孔模型及其模态分析结果

4．5．3 对比结果分析

4．6 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 工作展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术成果