用于离散元模拟的滚抛磨块接触参数标定研究

发布时间：2020-09-28 08:29

　　离散元法(DEM)可有效分析滚磨光整加工工艺过程,滚抛磨块作为主要加工介质,其接触参数对分析结果有很大影响。不同的滚抛磨块具有不同的表面质量,故需根据具体情况进行标定。针对滚抛磨块接触参数缺乏标准化、有效化标定方法的现状,将滚抛磨块休止角作为评价指标,使用离散元法和图像处理分析手段,对滚抛磨块接触参数标定方法进行系统性研究,获得了一种滚抛磨块接触参数的标定方法与预测手段,为滚磨光整加工工艺参数优化设计奠定基础。主要研究内容如下:1、为了揭示滚抛磨块参数标定的必要性以及滚抛磨块参数对滚磨光整加工的影响,基于离散元软件EDEM,分别以加工过程中滚抛磨块的平均速度、平均能量、平均接触力作为评价指标,分析滚抛磨块9项参数对滚磨光整加工的影响,筛选出对各项评价指标影响显著的参数,并得出显著性参数与滚抛磨块在加工过程中的运动状态的关系,推导出方程。2、以滚抛磨块休止角为标准,通过对比分析使用注入法模型、排出法模型、滚转法模型及泻落法模型进行滚抛磨块接触参数标定的可行性,得出:使用泻落法模型进行滚抛磨块的参数标定最为简单有效,为标定滚抛磨块接触参数选择出了合适的堆积方式。3、针对使用传统接触式测量方法测量滚抛磨块休止角存在的问题与缺陷,提出使用图像分析手段进行滚抛磨块休止角的测量。研究使用图像分析手段测量滚抛磨块休止角的具体过程,并降低了测量过程中图像畸变的影响,成功将图像分析法引入滚抛磨块休止角测量领域,为滚抛磨块休止角的测量及滚抛磨块接触参数标定的自动化奠定了基础。4、采用泻落试验结合图像分析法获得球形滚抛磨块的休止角,将球形滚抛磨块的休止角作为评价指标,首先使用Plackett-Burman试验法对滚抛磨块堆积过程中涉及的参数进行分析,筛选出对滚抛磨块休止角有显著影响的3项接触参数,然后利用最陡爬坡试验法使球形滚抛磨块的接触参数趋近于真实参数,最后使用Box-Behnken试验法对其具体参数值进行标定,最终得出球形滚抛磨块的具体接触参数值并推导出球形滚抛磨块接触参数与球形滚抛磨块休止角之间的关系。使用标定后的参数进行仿真试验,仿真结果与真实试验结果的相对误差为0.56%,表明使用该方法标定球形滚抛磨块在离散元模拟中的接触参数是有效的。本文使用离散元法手段,首先研究了滚抛磨块参数对滚磨光整加工过程的影响,验证了滚抛磨块参数标定的必要性,其次通过对比分析选取出适合进行滚抛磨块接触参数标定的堆积方式,同时也将图像分析法引入滚抛磨块休止角测量领域,最后使用得出的接触参数标定方法对球形滚抛磨块的具体接触参数进行了标定,验证了标定方法的正确性,系统性的研究了滚抛磨块的接触参数标定过程,提高了使用离散元法研究滚磨光整加工过程的准确性,为滚磨光整加工工艺参数优化与设计提供了保证。
【学位单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TG74
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章绪论
    1.1 课题研究意义
    1.2 滚磨光整加工技术
        1.2.1 滚磨光整加工技术的含义
        1.2.2 滚磨光整加工的研究现状
        1.2.3 滚磨光整加工的发展趋势
    1.3 离散元参数标定
        1.3.1 离散元参数标定
        1.3.2 离散元参数标定的研究现状
    1.4 课题的研究背景及主要研究内容
        1.4.1 课题的研究背景
        1.4.2 主要研究内容
    1.5 本章小结
第二章滚抛磨块参数对滚磨光整加工的影响
    2.1 离散元仿真设置
        2.1.1 几何模型
        2.1.2 仿真参数及其设置
    2.2 Plackett-Burman试验
        2.2.1 Plackett-Burman试验设计及结果
        2.2.2 影响滚抛磨块平均速度的滚抛磨块参数
        2.2.3 影响滚抛磨块平均能量的滚抛磨块参数
        2.2.4 影响滚抛磨块平均接触力的滚抛磨块参数
    2.3 滚抛磨块参数与仿真结果的关系
        2.3.1 滚抛磨块参数与平均速度的关系
        2.3.2 滚抛磨块参数与平均能量的关系
        2.3.3 滚抛磨块参数与平均接触力的关系
    2.4 本章小结
第三章滚抛磨块休止角获取方法的选择
    3.1 滚抛磨块休止角
        3.1.1 滚抛磨块休止角简述
        3.1.2 滚抛磨块的堆积方式
    3.2 堆积过程中涉及的滚抛磨块参数
        3.2.1 离散元法的接触模型
        3.2.2 滚抛磨块参数
    3.3 两种堆积方式的适用性研究
        3.3.1 注入法模型
        3.3.2 泻落法模型
        3.3.3 注入法模型与泻落法模型对比
    3.4 本章小结
第四章滚抛磨块休止角的图像分析测量
    4.1 图像分析法简述
    4.2 图像畸变校正
        4.2.1 相机成像模型
        4.2.2 图像畸变
        4.2.3 图像畸变校正
    4.3 图像分析法测量滚抛磨块休止角
        4.3.1 图像预处理
        4.3.2 图像特征提取
        4.3.3 特征分析及图像分析法的有效性
    4.4 本章小结
第五章球形滚抛磨块的参数标定
    5.1 滚抛磨块的接触参数标定
    5.2 堆积试验
    5.3 仿真试验与准备
        5.3.1 仿真试验过程
        5.3.2 最陡爬坡试验
    5.4 滚抛磨块的参数标定
        5.4.1 响应曲面法
        5.4.2 响应曲面试验
        5.4.3 滚抛磨块的参数标定
        5.4.4 验证
    5.5 本章小结
第六章总结与展望
    6.1 全文总结
    6.2 主要创新点
    6.3 研究工作展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间发表的学术成果
攻读硕士学位期间参与的科研项目

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