气缸活塞杆与衬套间冲击的仿真研究

发布时间：2017-06-21 07:01

  本文关键词：气缸活塞杆与衬套间冲击的仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：气缸作为重要的气动执行元件,在工业生产等方面起着重要作用,能否有效提高气缸的寿命和使用效率具有重大的现实意义。在气缸的冲击过程中,气缸活塞以较高速度撞击到前端盖而突然停止时,活塞杆和衬套间会发生较大应力,反复的碰撞将导致活塞杆和衬套产生不可避免的磨损,出现气体泄漏现象,进而影响气缸的性能和使用寿命,因此能否准确了解气缸的冲击运动特性是提高气缸性能和寿命的关键。本文运用建模仿真的方法,对气缸在冲击运行过程中各物理量的集中式参数和分布式参数的变化情况进行了深入分析。为了求解气缸冲击运行过程中的速度、位移、径向震荡、活塞杆和衬套间动态应力分布与形变状况,本文提出了一种运用Matlab与ANSYS/Ls-dyna对气缸运行和内部受力进行联合仿真的方法。首先运用Matlab对气缸进行数学建模与仿真,以获得气缸内压力、位移和速度的仿真结果,其次将Matlab的结果作为仿真条件,加载在Ls-dyna中搭建的气缸仿真模型中,通过求解可以得到更为精确的位移和速度,以及径向震荡、活塞杆和衬套间动态应力分布和形变等情况。影响气缸的冲击运动特性的因素众多,其中活塞杆的冲击速度、负载、衬套宽度和活塞杆与衬套间的间隙是最为主要的四个影响因素,因此文中还运用控制变量法,分别分析了这四个因素对气缸应力分布和形变状况的影响,并结合分析结果与衬套材质的力学性能,进行了更深入的研究。仿真结果展现了气缸各个时刻的动态应力分布与形变情况,从中还可以观察到气缸的径向震荡和反弹情况,以及气缸在整个冲击过程中位移和速度随时间的变化情况。仿真结果表明气缸冲击过程中,受到负载拖拽作用的影响,活塞与活塞杆出现明显的倾斜,导致气缸衬套与缸筒上呈现一些明显的受力点。气缸在不同的冲击速度和不同负载的影响下,其撞击时刻所承受的最大应力与形变呈现规律性变化,且与速度和负载近似成正比关系,间隙的增大与衬套宽度的减少都会导致气缸所受应力与形变增大。根据仿真得出的结论,可以推测出气缸正常工作时,速度、负载等的取值范围,最大限度上避免不可逆形变的出现。
【关键词】：衬套 应力 形变 Matlab Ls-dyna
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH138.51;TP391.9
【目录】：

• 摘要5-6
• abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.2 气缸冲击的国内外研究现状11-13
• 1.3 课题研究的内容和意义13-18
• 1.3.1 气缸冲击的研究意义13-14
• 1.3.2 气缸冲击的研究内容14-18
• 第2章 Matlab与Ls-dyna的联合仿真方案设计18-26
• 2.1 联合仿真的原理18-20
• 2.1.1 Matlab仿真软件的优势18-19
• 2.1.2 Ls-dyna仿真软件的优势19-20
• 2.2 联合仿真的方案20-23
• 2.2.1 气缸联合仿真的工作流程20-21
• 2.2.2 气缸模型的基本条件设定21-23
• 2.3 可行性分析23-24
• 2.4 本章小结24-26
• 第3章 基于Matlab的气缸建模与仿真26-34
• 3.1 气缸的数学模型26-28
• 3.2 Matlab仿真参数设置28-30
• 3.3 仿真结果分析30-32
• 3.4 本章小结32-34
• 第4章 基于Ls-dyna的气缸建模与仿真34-48
• 4.1 Ls-dyna仿真流程34-36
• 4.2 仿真条件设置36-41
• 4.2.1 材质属性与接触设置36-37
• 4.2.2 网格划分37-38
• 4.2.3 负载设置38-39
• 4.2.4 Ls-prepost后处理39-41
• 4.3 仿真结果验证41-43
• 4.4 应力分布特性分析43-47
• 4.5 本章小结47-48
• 第5章 不同因素对气缸力学特性的影响48-68
• 5.1 不同速度下的仿真结果48-53
• 5.1.1 不同速度下撞击时刻应力与形变状况48-51
• 5.1.2 不同速度下结果验证51-53
• 5.2 不同负载下的仿真结果53-57
• 5.2.1 不同负载下撞击时刻应力与形变状况53-56
• 5.2.2 不同负载下结果验证56-57
• 5.3 不同间隙下的仿真结果57-60
• 5.4 不同衬套宽度下的仿真结果60-63
• 5.5 仿真结果总结63-66
• 5.6 本章小结66-68
• 结论68-71
• 参考文献71-74
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单74-75
• 致谢75

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本文编号：467862