云杉切削过程纤维断裂模拟及其钻削加工质量预测研究
发布时间：2021-02-15 05:07
木制品广泛应用于建筑、家具等行业;木材的加工工艺受到木材的结构、力学性质等影响,为提高木材加工质量、减少其加工成本,使木材加工过程更为高效、节能,对木材的加工质量评价进行研究,具有重要意义。本文以云杉为对象,分析云杉切削断裂过程中纤维断裂形式及相应的能量消耗,推导云杉切断所需消耗能量的计算公式。建立云杉管胞的纤维结构几何模型。通过力学试验及理论计算获取云杉宏观及微观材料参数,并利用有限元模拟力学试验过程以验证云杉材料参数的有效性。通过有限元模拟分析云杉微观压缩变形和拉伸断裂过程并根据模拟结果推导云杉钻削过程的纤维断裂能耗计算公式。钻削加工具有复杂的切削过程及断裂形式,基于能量指标建立云杉钻削加工质量评价体系。利用多物理域信息融合技术的云杉智能钻削加工参数的预测优化模型,以不同加工参数下挪威云杉钻孔的圆柱度和无效厚度数据对模型进行训练,预测转速、进给速度一定状态下挪威云杉的钻削加工质量,预测结果准确度达90%以上,验证了预测优化模型的有效性。
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１木材切削受力方向示意图??
木材是人类历史中所使用的最古老的复合材料之一，至今也为人们所广泛使用，人??们对木材的结构、性质及其应用等的各种探索研究也在不断进行。木材作为一种天然的??复合材料，其具有多样的组成成分和复杂的组织结构（如图１－２所示），其由中空的管??胞细胞组成蜂窝状的结构，以厚度最大的次生壁中层作为其细胞壁的主体，且木材的纤??维紧密靠拢，与纵轴呈约１０°？３０°的交角［１］，这种复杂的组织结构使木材具有明显的??各向异性特征。由于木材的生长方式，其结构由多个同心圆构成的年轮层次所组成，??１９２８年，普赖斯（Ｐｒｉｃｅ）根据木材的这种圆柱对称性将正交对称原理应用于木材，以??此说明木材各向异性的材性［２］。??切向切瓸?径向切囵檳切面??纖??年轮射线。Ｌ??＿年轮次生质部??图１－２木材的宏观结构??木材的复杂结构也使其具有复杂的力学性质，这使得对木材强度准则的建立成为木??材力学研究中的难点之一，随着人们对材料力学研宄的不断深入，各种研究结果表明传??统材料力学的强度条件无法适应类似木材这类带有裂纹或缺陷的材料，因此出现了断裂??力学这一学科
术和动态纳米压痕测量技术对不同树种的木材的弹性模量、硬度、黏弹性与蠕变特性等??力学性能进行了研究｜６］。如Ｇｉｎｄｌ，?Ｇｕｐｔａ等人１７］通过纳米压痕实验研宄了挪威云杉细胞??壁结构（如图１－３所示）变异性的影响，并得出木材细胞壁的抗压屈服是一种Ｍａｔｒｉｘ－??ｄｏｍｉｎａｔｅｄ?过程。??＿ＡｄＪ?ｒ?Ｍ??７７／＾ｖ／??图１－３紫外显微镜所拍摄的挪威云杉细胞图像??近年来，由于分形理论、检测技术和成像技术等先进理论和技术的不断发展，更多??的研究人员开始从木材的微观结构角度研究木材的力学性质，Ｆａｂｉｓｉａｋ和Ｍａｎｉａ％采用Ｘ??射线衍射对共振和非共振云杉木材微纤维角的变化进行了研宄，结果表明共振木材的微??纤维角是非共振木材的２？３倍；Ｇｉｎｄｌ和ＳｃｈｏｂｅｒｌＭ将纳米压痕技术应用于木材细胞壁纵??向弹性模量的测量；Ｏｚｄｅｎ，?ＥｎｎｏｓｔＷ研究了?３种温带树种的力学及形态学特性，为特定??树种的森林采伐及加工提供了依据；Ｆａｈｌｅｎ和ＳａｌｍｅｎＷ通过原子力显微镜和图像分析??技术揭示了纤维壁的孔隙和基质分布；Ｌｕｋａｃｅｖｉｃ等人提出了一种新型木材失效机制??的预测方法，其可以通过对木材微观结构特征的影响更好的描述木材的机械加工过程；??同时，他们还提出了一种多表面失效准则及
【参考文献】：
期刊论文
[1]木材细胞壁力学性能与细胞壁组分和构造的相关性研究[J]. 孙海燕,苏明垒,王玉荣. 林产工业. 2018(10)
[2]面向质量评价的杨树苗木超声波检测方法研究[J]. 封丹,张厚江,关炜盼. 西北林学院学报. 2017(02)
[3]马尾松木材径向与弦向抗弯性能及破坏特征的比较研究[J]. 张娅梅,潘彪,王丰. 林产工业. 2017(03)
[4]红外光谱技术在我国木材科学领域的应用研究进展[J]. 孙海军,徐莉,蒋玲. 江苏林业科技. 2016(02)
[5]基于线性滤波法的单株林木抗风有限元模拟[J]. 张鳌,冀晓东,丛旭,戴显庆. 北京林业大学学报. 2016(02)
[6]基于监测信号边际谱和双谱特征融合的孔系钻削质量分析[J]. 周友行,谢赛元,谢奇,周后明. 振动与冲击. 2015(24)
[7]木材抗剪强度与分形维数的关系及断口特征[J]. 张绍群,花军,许威,陈光伟,刘阳君,宋炜,颜家雄. 林业科学. 2015(06)
[8]木材强度准则的研究进展[J]. 徐博瀚,蔡竞. 土木工程学报. 2015(01)
[9]信息-物理融合系统动态行为模型构建方法[J]. 周兴社,杨亚磊,杨刚. 计算机学报. 2014(06)
[10]基于人工神经网络BTA钻削时表面粗糙度的预测[J]. 高腾,苗鸿宾,江敏. 机械设计. 2014(04)
本文编号：3034484
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１木材切削受力方向示意图??
木材是人类历史中所使用的最古老的复合材料之一，至今也为人们所广泛使用，人??们对木材的结构、性质及其应用等的各种探索研究也在不断进行。木材作为一种天然的??复合材料，其具有多样的组成成分和复杂的组织结构（如图１－２所示），其由中空的管??胞细胞组成蜂窝状的结构，以厚度最大的次生壁中层作为其细胞壁的主体，且木材的纤??维紧密靠拢，与纵轴呈约１０°？３０°的交角［１］，这种复杂的组织结构使木材具有明显的??各向异性特征。由于木材的生长方式，其结构由多个同心圆构成的年轮层次所组成，??１９２８年，普赖斯（Ｐｒｉｃｅ）根据木材的这种圆柱对称性将正交对称原理应用于木材，以??此说明木材各向异性的材性［２］。??切向切瓸?径向切囵檳切面??纖??年轮射线。Ｌ??＿年轮次生质部??图１－２木材的宏观结构??木材的复杂结构也使其具有复杂的力学性质，这使得对木材强度准则的建立成为木??材力学研究中的难点之一，随着人们对材料力学研宄的不断深入，各种研究结果表明传??统材料力学的强度条件无法适应类似木材这类带有裂纹或缺陷的材料，因此出现了断裂??力学这一学科
术和动态纳米压痕测量技术对不同树种的木材的弹性模量、硬度、黏弹性与蠕变特性等??力学性能进行了研究｜６］。如Ｇｉｎｄｌ，?Ｇｕｐｔａ等人１７］通过纳米压痕实验研宄了挪威云杉细胞??壁结构（如图１－３所示）变异性的影响，并得出木材细胞壁的抗压屈服是一种Ｍａｔｒｉｘ－??ｄｏｍｉｎａｔｅｄ?过程。??＿ＡｄＪ?ｒ?Ｍ??７７／＾ｖ／??图１－３紫外显微镜所拍摄的挪威云杉细胞图像??近年来，由于分形理论、检测技术和成像技术等先进理论和技术的不断发展，更多??的研究人员开始从木材的微观结构角度研究木材的力学性质，Ｆａｂｉｓｉａｋ和Ｍａｎｉａ％采用Ｘ??射线衍射对共振和非共振云杉木材微纤维角的变化进行了研宄，结果表明共振木材的微??纤维角是非共振木材的２？３倍；Ｇｉｎｄｌ和ＳｃｈｏｂｅｒｌＭ将纳米压痕技术应用于木材细胞壁纵??向弹性模量的测量；Ｏｚｄｅｎ，?ＥｎｎｏｓｔＷ研究了?３种温带树种的力学及形态学特性，为特定??树种的森林采伐及加工提供了依据；Ｆａｈｌｅｎ和ＳａｌｍｅｎＷ通过原子力显微镜和图像分析??技术揭示了纤维壁的孔隙和基质分布；Ｌｕｋａｃｅｖｉｃ等人提出了一种新型木材失效机制??的预测方法，其可以通过对木材微观结构特征的影响更好的描述木材的机械加工过程；??同时，他们还提出了一种多表面失效准则及
【参考文献】：
期刊论文
[1]木材细胞壁力学性能与细胞壁组分和构造的相关性研究[J]. 孙海燕,苏明垒,王玉荣. 林产工业. 2018(10)
[2]面向质量评价的杨树苗木超声波检测方法研究[J]. 封丹,张厚江,关炜盼. 西北林学院学报. 2017(02)
[3]马尾松木材径向与弦向抗弯性能及破坏特征的比较研究[J]. 张娅梅,潘彪,王丰. 林产工业. 2017(03)
[4]红外光谱技术在我国木材科学领域的应用研究进展[J]. 孙海军,徐莉,蒋玲. 江苏林业科技. 2016(02)
[5]基于线性滤波法的单株林木抗风有限元模拟[J]. 张鳌,冀晓东,丛旭,戴显庆. 北京林业大学学报. 2016(02)
[6]基于监测信号边际谱和双谱特征融合的孔系钻削质量分析[J]. 周友行,谢赛元,谢奇,周后明. 振动与冲击. 2015(24)
[7]木材抗剪强度与分形维数的关系及断口特征[J]. 张绍群,花军,许威,陈光伟,刘阳君,宋炜,颜家雄. 林业科学. 2015(06)
[8]木材强度准则的研究进展[J]. 徐博瀚,蔡竞. 土木工程学报. 2015(01)
[9]信息-物理融合系统动态行为模型构建方法[J]. 周兴社,杨亚磊,杨刚. 计算机学报. 2014(06)
[10]基于人工神经网络BTA钻削时表面粗糙度的预测[J]. 高腾,苗鸿宾,江敏. 机械设计. 2014(04)
本文编号：3034484
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