离心式滚磨光整加工的离散元法模拟过程优化及应用

发布时间：2017-03-26 22:12

  本文关键词：离心式滚磨光整加工的离散元法模拟过程优化及应用，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：离心式滚磨光整加工技术,作为零件表面光整加工技术的重要加工类型之一,在制造业领域得到了广泛的应用。基于离心式滚磨光整加工中磨料颗粒运动的复杂性,导致了工艺参数确定上的困难,大大限制了其在高端市场中的应用。本论文应用离散元模拟的方法,对离心式滚磨光整加工中的磨料颗粒进行了参数化和定量化分析,希望能够帮助解决其在工艺参数确定上的相关难题。本文的主要研究内容如下:1、通过分析离心式滚磨光整加工时滚筒的运动状态,确定出滚筒内任一点的运动参数,并将磨料颗粒看作一个整体,对其在光整加工时的运动机理进行分析,得到了磨料颗粒在滚筒内形成“强制流动层”的原因。2、为保证模拟结果的准确性,应用离散元的参数标定方法,以磨料颗粒的堆积角作为标定对象,考虑到参数之间的交互作用,提出应用带有交互作用的正交试验法对摩擦系数进行标定,最终得到能够真实再现磨料颗粒堆积角的摩擦系数组合。3、在进行离心式滚磨光整加工过程的模拟时,大量存在的磨料颗粒常常导致模拟的计算速度过慢。对比分析了现有的三种提高离散元模拟速度的方法,提出通过适当增加离散元模拟时间步长的方法,既能够保证离散元模拟结果准确性,又能够有效提高离散元模拟计算速度。4、通过应用离散元模拟的方法对离心式滚磨光整加工过程进行了分析,并将磨料颗粒在竖直面和水平面上的运动与理论分析结果互相印证;在对磨料颗粒在水平方向上绕重心的自转运动分析中得到,磨料颗粒在滚筒内满足“麦克斯韦速度分布律”,不同时刻滚筒内不同速度范围的磨料颗粒所占颗粒总数的百分比几乎不变;以磨料颗粒在滚筒内运动的剧烈程度为优化对象,确定出滚筒在给定参数下的临界传动比。5、探索了在立式离心式滚磨光整加工过程中,不同形状的磨料颗粒与工件之间发生的分层现象,即散体力学中的“巴西果效应”和“反巴西果效应”。本文利用离散元法从多个方面对离心式滚磨光整加工过程中的磨料颗粒进行了参数化和定量化分析。研究结果一方面完善了离心式滚磨光整加工在离散元法分析上的相关理论方法;另一方面通过对设备定型前大量模拟实验过程进行的优化,缩短了新设备、新产品的研发周期,对离心式滚磨光整加工技术的进一步发展及应用具有重要意义。
【关键词】：离心式滚磨光整加工 离散元法 运动机理 参数标定 分布特征
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG580.6
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 绪论12-26
• 1.1 引言12
• 1.2 滚磨光整加工技术综述12-19
• 1.2.1 滚磨光整加工技术的含义12-13
• 1.2.2 滚磨光整加工的工艺参数13-15
• 1.2.3 滚磨光整加工的应用领域及零件特征15-17
• 1.2.4 滚磨光整加工的研究现状及发展趋势17-19
• 1.3 离散元法综述19-23
• 1.3.1 离散元法的定义19-20
• 1.3.2 离散元法的接触模型20-22
• 1.3.3 离散元法的应用现状22-23
• 1.4 课题的研究背景及主要研究内容23-25
• 1.4.1 课题的研究背景23-24
• 1.4.2 主要研究内容24-25
• 1.5 本章小结25-26
• 第二章 离心式滚磨光整加工的磨料颗粒运动机理26-38
• 2.1 离心式滚磨光整加工原理26-27
• 2.2 滚筒的运动分析27-31
• 2.3 磨料颗粒的运动机理31-36
• 2.3.1 基本假设32-33
• 2.3.2 磨料颗粒的运动特征33-35
• 2.3.3 传动比的优化35-36
• 2.4 本章小结36-38
• 第三章 磨料颗粒的离散元参数标定38-52
• 3.1 散体的定义及其特性38-40
• 3.1.1 散体的定义38-39
• 3.1.2 磨料颗粒的特性39-40
• 3.2 磨料颗粒密度的测定40-41
• 3.3 离散元法的参数标定41-45
• 3.3.1 方法简介41-42
• 3.3.2 堆积角的理论分析42-44
• 3.3.3 正交试验法44-45
• 3.4 磨料颗粒摩擦系数的标定45-49
• 3.4.1 模拟参数设置45-46
• 3.4.2 正交试验因素水平设置46-47
• 3.4.3 实验结果及分析47-49
• 3.5 本章小结49-52
• 第四章 离散元法的模拟速度优化分析52-64
• 4.1 滚磨光整加工的特征52-53
• 4.2 离散元法的时间步长分析53-54
• 4.2.1 离散元法的基本假设53
• 4.2.2 离散元法的时间步长53-54
• 4.3 模拟速度优化对比分析54-59
• 4.3.1 并行处理54-55
• 4.3.2 降低剪切模量55-57
• 4.3.3 放大粒径57-59
• 4.4 增加时间步长59-62
• 4.4.1 模拟参数设置59
• 4.4.2 模拟结果及数据分析59-61
• 4.4.3 方法评价61-62
• 4.5 本章小结62-64
• 第五章 磨料颗粒分布特征的离散元法模拟及分析64-72
• 5.1 离散元模拟参数设置64-65
• 5.2 磨料颗粒的分布特征分析65-68
• 5.2.1 磨料颗粒在竖直方向的分布65-66
• 5.2.2 磨料颗粒在水平方向的分布66-68
• 5.3 传动比的模拟与优化68-69
• 5.4 传动比的验证与分析69-71
• 5.5 本章小结71-72
• 第六章 离心式滚磨光整加工中磨料颗粒的巴西果效应72-82
• 6.1 巴西果效应简介72-74
• 6.2 模拟参数设置74-77
• 6.2.1 磨料颗粒模型的建立74-76
• 6.2.2 工件模型的建立76-77
• 6.2.3 设备及加工参数设置77
• 6.3 模拟结果及分析77-80
• 6.4 本章小结80-82
• 第七章 总结与展望82-86
• 7.1 全文总结82-83
• 7.2 主要创新点83
• 7.3 研究工作展望83-86
• 参考文献86-92
• 致谢92-94
• 攻读硕士学位期间发表的学术成果94-96
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目96

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