基于ANSYS的砂轮片破坏失效机理研究

论文摘要

随着机械制造业的飞速发展，我国已经成为“世界制造工厂”，这为劳动密集型的磨料磨具行业带来了难得的发展机遇，技术含量低、产品附加值较小的砂轮出口量有了较大的增长。然而由于砂轮片的安全性能差，使用过程中可能发生爆裂现象，甚至可能造成机毁人亡的惨剧，近年来国内外不断有砂轮片爆裂伤人的事故发生。这不仅造成了严重的经济损失和人员伤亡，更极大地影响了我国产品的国际声誉，妨碍了市场的良性发展。此外，由于机械安全要求的提高与标准的日益完善，对砂轮片进行安全性能检测越来越受到人们的重视。对砂轮片进行有限元数值模拟，可以通过计算机直观地观察砂轮片在不同工况作用下的应力应变分布、变形情况和模态参数。对砂轮片的改进设计、工艺参数确定、减少砂轮片磨损和振动失效、提高产品切割质量和增加产品可靠性等方面具有十分重要的意义。本文利用ANSYS软件建立砂轮片的三维实体几何模型，然后对其进行网格划分，使其离散化，将一个无限自由度问题经过离散化处理后转化为一个有限自由度问题，从而得到有限元网格，最后对砂轮片施加位移边界约束条件，从而得到砂轮片的有限元模型。通过对有限元模型施加不同的工况载荷，进行求解计算，得到砂轮片在不同工况作用下的有限元应力应变分布，对各个工况进行对比分析，可以确定各个因素对砂轮片失效破坏的影响程度。在所考虑的三种因素中，离心力对砂轮片的影响程度最大，端面力影响次之，磨削力对砂轮片的影响程度最弱。考虑到振动破坏也是砂轮片失效破坏的重要形式之一，并且在产品的开发设计阶段越来越重视和考虑其动态特性。因此，本文采用有限元法分别对砂轮片进行了静止状态条件的固有模态分析与旋转状态条件的受到离心力响应的有预应力模态分析。经过两者对比分析可知，其固有频率增加幅度很小，并且相应的模态振型基本一致，没有发生多大变化。从而说明离心力对砂轮片模态的影响作用很微弱，基本上可以忽略不计。此外，通过对砂轮片进行有限元模态分析，可以有效避免激振频率与其固有频率接近而引起共振破坏。本文最后对砂轮片性能检测方面进行了简单的介绍，相关研究可以为砂轮片检测设备的研制和开发提供理论依据与技术支持。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1.绪论
• 1.1 引言
• 1.2 砂轮片概述
• 1.2.1 砂轮片种类及适用范围
• 1.2.2 砂轮片检测方法
• 1.3 砂轮片有限元分析研究现状
• 1.4 本课题产生背景以及主要研究内容
• 1.4.1 课题产生背景、目的、意义
• 1.4.2 本课题的主要研究内容
• 1.4.3 课题来源
• 2.砂轮片不同工况下应力应变分析
• 2.1 有限元法概述
• 2.1.1 有限元法的发展概况与发展趋势
• 2.1.2 有限元分析的基本原理及分析步骤
• 2.2 ANSYS 概述
• 2.3 砂轮片的实体模型
• 2.4 砂轮片有限元模型的建立
• 2.4.1 确定单元类型
• 2.4.2 确定材料属性
• 2.4.3 划分网格
• 2.4.4 施加边界约束条件
• 2.5 荷载的施加
• 2.5.1 惯性载荷
• 2.5.2 磨削力
• 2.6 砂轮片静力分析的求解计算与结果分析
• 2.6.1 空转状态下仅受离心力的应力应变分析
• 2.6.2 正常工作条件下受离心力和磨削力的应力应变分析
• 2.6.3 假设砂轮片仅受磨削力的应力应变分析
• 2.6.4 非正常工作条件下受端面力的应力应变分析
• 2.6.5 空转状态下仅受端面力的应力应变分析
• 2.6.6 砂轮片仅受端面力的应力应变分析
• 2.6.7 结果分析
• 2.7 本章小结
• 3.有限元模态分析
• 3.1 模态分析概述
• 3.1.1 模态分析的发展概况
• 3.1.2 模态分析基本理论
• 3.2 建立模型
• 3.3 加载与求解
• 3.4 扩展模态
• 3.5 观察结果
• 3.5.1 固有模态分析
• 3.5.2 有预应力的模态分析
• 3.6 本章小结
• 4.砂轮片性能检测研究
• 4.1 引言
• 4.2 砂轮片回转强度试验
• 4.3 砂轮片切割性能试验
• 4.4 砂轮片动态单点、三点侧向负载试验
• 4.4.1 砂轮片动态单点侧向负载试验
• 4.4.2 砂轮片动态三点侧向负载试验
• 4.5 砂轮片动态侧向抗冲击负载试验
• 4.6 砂轮片动态抗弯强度检测设备的方案设计
• 4.7 本章小结
• 5.结论与展望
• 5.1 研究结论
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 附录：硕士研究生学习阶段发表论文
• 致谢