巨菌草茎秆力学特性研究与单圆盘切割试验仿真

发布时间：2017-04-20 21:39

  本文关键词：巨菌草茎秆力学特性研究与单圆盘切割试验仿真，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：巨菌草是一种新型的能源草,近年来随着环境污染的严重性增加,巨菌草的种植在我国也得到广泛推广,由于巨菌草成活性强,生长条件要求低,应用范围广,它的种植范围迅速增加。但是巨菌草的收获技术还是较低,收割成本高,这直接影响和阻碍了巨菌草种植技术的发展。巨菌草茎秆力学性能的研究可以为切割机械的设计提供理论指导,巨菌草茎秆切割过程的动态仿真模拟了茎秆在受载过程中应力应变情况。切割器作为菌草收割机械的关键部位,它直接影响了菌草切割效率和质量,设计一种合适的切割器是解决问题关键。采用材料力学性能试验测试的方法,测试了巨菌草茎秆拉伸、压缩、弯曲的力学性能参数,并利用移动最小二乘MLS对力学性能曲线进行了分析,测定并得出了菌草茎秆抗拉、压、弯弹性模量等参数。得到巨菌草茎秆力学材料模型参数值,建立巨菌草茎秆材料本构方程。分析了巨菌草茎秆收割特点和茎秆切割理论,对其机构设计方法进行了研究,设计了适合巨菌草茎秆收割的切割机构,对切割机构的关键零部件进行了设计,画出其三维结构图,并建立了切割刀具和茎秆的力学模型。利用ANSYS/LS-DYNA,结合实际生产实践,进行了菌草茎秆的刀具切割过程有限元动力学仿真,得到了巨菌草茎秆在切割过程中的应力-应变云图,切割刀具的速度、加速度时程曲线分析等结果,并对不同切割速度、进给速度、茎秆不同直径下茎秆受力情况进行了分析,得到了茎秆切割的相对最佳切削优化参数,对于切割机械的设计有很大指导意义。
【关键词】：巨菌草茎秆 力学性能 切割机构 仿真分析
【学位授予单位】：福建农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S225
【目录】：

• 摘要8-9
• ABSTRACT9-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 研究背景和意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-14
• 1.2.1 巨菌草茎秆的功能性研究现状11-12
• 1.2.2 菌草茎秆力学性能研究状况12-13
• 1.2.3 虚拟设计技术在机械行业的应用研究现状13-14
• 1.2.4 存在的问题14
• 1.3 主要研究内容和技术路线14-15
• 1.3.1 研究内容14-15
• 1.3.2 技术路线15
• 1.4 本章小结15-16
• 第二章 巨菌草茎秆力学特性研究与本构方程建立16-32
• 2.1 巨菌草茎秆试验材料与方法16-18
• 2.1.1 样本采集与制备16-17
• 2.1.2 试验仪器17-18
• 2.2 巨菌草茎秆力学试验过程与分析18-25
• 2.2.1 巨菌草茎秆拉伸性能试验18-20
• 2.2.2 巨菌草茎秆压缩性能试验20-22
• 2.2.3 巨菌草茎秆弯曲性能试验22-25
• 2.3 移动最小二乘近似(MLS)在巨菌草茎秆力学性能曲线中应用25-30
• 2.3.1 移动最小二乘法近似(MLS)基本原理25-26
• 2.3.2 基向量的选取26
• 2.3.3 权函数的选取26-27
• 2.3.4 实验数据汇总与(MLS)拟合27-30
• 2.4 巨菌草茎秆材料本构关系的确定30-31
• 2.5 本章小结31-32
• 第三章 圆盘式巨菌草茎秆切割器的设计与切割运动仿真32-44
• 3.1 茎秆切削理论32-35
• 3.1.1 巨菌草切割特点32
• 3.1.2 切割方式32-34
• 3.1.3 切割器的种类特点34-35
• 3.2 圆盘式梯形刀具结构设计35-39
• 3.2.1 刀盘及刀片材料的选择35-36
• 3.2.2 刀盘及刀片的设计36-39
• 3.3 单圆盘菌草切割器运动学分析39-40
• 3.4 单圆盘菌草切割器模态分析40-42
• 3.5 本章小结42-44
• 第四章 基于ANSYS/LS-DYNA巨菌草茎秆切割仿真试验研究44-56
• 4.1 LS-DYNA动力分析能力概述44-46
• 4.1.1 LS-DYNA的分析能力概述44-45
• 4.1.2 ANSYS/LS-DYNA的一般分析过程45-46
• 4.2 LS-DYNA中心差分时间积分显示算法46-48
• 4.3 巨菌草茎秆切割过程的动力学仿真48-54
• 4.3.1 巨菌草茎秆切割几何模型的建立48
• 4.3.2 单元选择48-49
• 4.3.3 定义材料模型49-51
• 4.3.4 网格划分51-52
• 4.3.5 定义接触52
• 4.3.6 定义对称边界条件、约束和初始条件52-53
• 4.3.7 求解53-54
• 4.4 巨菌草茎秆断裂的形态54-55
• 4.5 本章小结55-56
• 第五章 巨菌草茎秆切割过程动态仿真验证试验与分析56-60
• 5.1 切割过程的应力分析56-57
• 5.1.1 茎秆切割过程中等效应力分布56-57
• 5.1.2 刀具在切割过程中的等效应力分布57
• 5.2 速度时程曲线57-58
• 5.3 各因素对切割力的影响规律仿真分析58-59
• 5.4 本章小结59-60
• 第六章 结论与展望60-62
• 6.1 结论60
• 6.2 展望60-62
• 参考文献62-66
• 攻读硕士研究生期间研究成果66-67
• 致谢67

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本文编号：319578