特殊结构金刚石圆锯片干切混凝土的动力特性及实验研究

论文摘要

本文借助有限元软件ANSYS和动态特性实验分析了防侧面磨损和非等间距节块等两种特殊结构金刚石圆锯片干切混凝土的动力特性及锯切性能。首先，采用ANSYS有限元静力及模态分析，研究了防侧面磨损金刚石圆锯片的最大应变及最大应力，第一、第三主应力及最大应力分布区域，通过与普通锯片对比，寻求研究范围内能提高锯片结构刚度、延长锯片使用寿命的最优节块延伸结构参数。同时分析了2000～8000Hz内锯片振型的各阶模态，通过比较防侧面磨损锯片与普通锯片同一阶的固有频率值以及每一频率值对应的振幅值，寻找降噪减振锯片合理的结构参数及最佳参数组合。结果表明由于延伸节块的存在，防侧面磨损锯片的振幅较普通锯片大幅度减小，其最大变形也显著降低。其次，采用ANSYS有限元模态分析，研究非等间距节块金刚石圆锯片同一阶次固有频率值及同一阶频率下锯片三个方向的振幅矢量和DMX。采用间接法用ANSYS计算锯片处于热稳态下的热应力，通过温度分布、热应力及热应变等对比非等间距节块锯片与普通锯片的减振降噪效果。结果表明非等间距节块锯片上的节块不等长度分布，打乱了锯片的冲击振动周期，减少了锯切过程中的共振几率和噪声。三种非等间距节块锯片各阶固有频率与普通锯片相比明显降低，且非等间距节块金刚石圆锯片散热效果与普通锯片相比其低温区面积大大增加，平均温度降低约44.5％；非等间距节块锯片主应力和应变与普通锯片相比均有较大下降。总体来讲，一宽二窄结构I1k2Z最优。通过非等间距节块金刚石圆锯片锯切动态特性实验，改变锯片、工件材料、锯切深度、进给速度和锯片切削速度，研究锯切过程的锯切力、声发射信号、振动与噪声信号及其相互关系，研究锯切工艺参数、锯片结构、工件材料等因素对以上动态特性的影响；进一步优选锯片结构、明确合理的锯切工艺参数。结果表明三种非等间距节块的综合性能均优于普通锯片，其中又以I1k2Z最好，I1k1Z次之，I1k3Z最次。锯切过程声发射信号分析说明切削速度上升，锯片节块中单颗粒金刚石的切削厚度减小，混凝土的破碎相对均匀而细小，金刚石破碎下降；而进给速度和切深增加，单颗粒金刚石的平均切削厚度增加，混凝土切屑的颗粒增大，使金刚石颗粒挤压破碎混凝土材料使之破碎的能量也随之增加。Vc=16m／s为较合适的锯切切削速度，Vf=700mm／min为较有利于提高加工效率又能够获得良好锯切性能的进给速度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 金刚石圆锯片在混凝土切割上的应用及发展
• 1.1.1 概述
• 1.1.2 金刚石圆锯片在混凝土切割上的应用及发展
• 1.2 金刚石圆锯片简介
• 1.2.1 金刚石圆锯片定义及分类
• 1.2.2 金刚石圆锯片的发展
• 1.3 干切锯片结构国内外研究现状
• 1.4 有限元分析软件ANSYS
• 1.4.1 有限元法的发展
• 1.4.2 ANSYS简介
• 1.5 课题来源及研究内容
• 1.5.1 课题来源
• 1.5.2 主要研究内容
• 第二章 防侧面磨损金刚石圆锯片的有限元分析
• 2.1 研究方案及流程
• 2.2 结构参数及材料特性
• 2.3 防侧面磨损金刚石圆锯片的有限元静力分析
• 2.3.1 建立金刚石圆锯片的有限元模型
• 2.3.2 普通与特殊圆锯片变形分析比较
• 2.3.3 普通与特殊圆锯片应力分析比较
• 2.3.4 改变延伸节块长度和数量对圆锯片力学性能的影响
• 2.3.4.1 锯片的变形分析
• 2.3.4.2 锯片的应力分析
• 2.4 防侧面磨损金刚石圆锯片的有限元模态分析
• 2.4.1 各阶振形分析
• 2.4.2 同一阶固有频率比较
• 2.5 本章小结
• 第三章 非等间距节块金刚石圆锯片的有限元分析
• 3.1 非等间距节块圆锯片模态分析
• 3.1.1 计算模型
• 3.1.2 计算与分析
• 3.1.3 模态分析结论
• 3.1.3.1 同一阶固有频率与普通锯片的比较
• 3.1.3.2 同阶频率下特殊锯片与普通锯片三个方向的振幅矢量和DMX的比较
• 3.2 非等间距节块圆锯片热力分析
• 3.2.1 非等间距节块圆锯片热力分析过程
• 3.2.2 非等间距节块圆锯片热应力计算结果及分析
• 3.2.2.1 温度分布状况
• 3.2.2.2 应力计算结果
• 3.2.2.3 锯片X、Y方向热应力计算结果
• 3.2.2.4 热应变计算结果Ux、Uy、Uz
• 3.3 本章小结
• 第四章 非等间距节块金刚石圆锯片的动态特性实验
• 4.1 实验方案
• 4.1.1 实验装置及设备
• 4.1.2 实验设计
• 4.2 信号采集与转换
• 4.3 实验结果及分析
• 4.3.1 锯切参数对锯切力的影响
• 4.3.1.1 切削速度对锯切力的影响
• 4.3.1.2 进给速度对锯切力的影响
• 4.3.1.3 切深对锯切力的影响
• 4.3.2 锯切参数对声发射信号AErms的影响
• 4.3.2.1 切削速度对声发射信号AErms的影响
• 4.3.2.2 进给速度对声发射信号AErms的影响
• 4.3.2.3 切深对声发射信号AErms的影响
• 4.3.3 锯切参数对锯切振动的影响
• 4.3.3.1 切削速度对锯切振动的影响
• 4.3.3.2 进给速度对锯切振动的影响
• 4.3.3.3 切深对锯切振动的影响
• 4.3.4 锯切参数对锯切噪音的影响
• 4.3.4.1 切削速度对锯切噪音的影响
• 4.3.4.2 进给速度对锯切噪音的影响
• 4.3.4.3 切深对锯切噪音的影响
• 4.3.5 锯切参数优化
• 4.3.6 优选锯片结构
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 附表1 防侧面磨损与普通锯片的各阶固有频率（2000-8000HZ）
• 附录1 防侧面磨损及普通锯片各方向的变形图
• 附录2 防侧面磨损与普通锯片的第一、第三主应力
• 附录3 防侧面磨损与普通锯片的各阶振型
• 致谢
• 攻读工程硕士学位期间发表的论文