金刚石圆锯片结构的有限元分析毕业论文

毕业设计任务书学 院、系：机械工程与自动化学院机械工程系专 业：机械设计制造及其自动化学 生 姓 名： 设 计 题 目：金刚石圆锯片结构的有限元分析起 迄 日 期:2011年2 月 21日 2011年6月10日指 导 教 师: 系 主 任: 发任务书日期: 2011 年 2 月 21日毕 业 设 计 任 务 书1毕业设计的任务和要求：任务：通过ANSYS静力分析研究节块延伸锯片，并与普通锯片进行对比，从几种节块延伸锯片中得出较佳的参数组合。要求：通过利用ANSYS软件对节块延伸锯片进行静力分析，得出的各类参数，通过比较得出最佳组合。 2毕业设计的具体工作内容：金刚石圆锯片各部分的材料特性杨氏模量(Pa)泊松比密度（Kg/m3）基体2.0E110.37800节块及延伸节块5.6E110.258100普通金刚石锯片基本结构参数 （单位：mm）锯片直径基体直径内孔直径基体厚度节块厚度节块弧长水槽深度水槽宽度水孔直径锯片齿数350336502.23.240153824节块延伸结构锯片的基本参数如下：（单位：mm）水槽深：8.5；水孔直径：3；水槽两面向同一方向倾斜的角度分别为：10、20；延伸部分长节块的径向长度分别为：14、18、22；延伸部分短节块的径向长度均为：5； 延伸部分节块的厚度：2.6。其他结构参数同普通锯片。节块延伸结构金刚石圆锯片所建模型共有三种排列方式：1）含有12个长延伸节块，即每两个长节块间隔1个短节块；2）含有8个长延伸节块，即每两个长节块间隔2个短节块；3）含有6个长延伸节块，即每两个长节块间隔3个短节块。要求：1熟悉圆锯片的结构及各部分名称；2用有限元软件ANSYS分析节块延伸结构金刚石圆锯片，分析结果；3找出改善锯齿结构的有效途径，优选结构参数。毕 业 设 计 任 务 书3对毕业设计成果的要求：1 说明书一份；2 科技译文一份；3论文字数不少于2.5万字。4毕业设计工作进度计划：起 迄 日 期工 作 内 容2011年 2月 21 日 3月10日 3月11 日 5月 29 日5月 30 日 6月10日6月11日 6月20日查阅资料，学习相关专业知识和完成开题报告；翻译外文资料；软件学习，理论计算、分析整理设计说明书等；论文答辩 学生所在系审查意见：系主任： 年 月 日 毕业设计开题报告学 生 姓 名： 学 号： 学 院、系：机械工程与自动化学院机械工程系专 业：机械设计制造及其自动化设 计 题 目：金刚石圆锯片结构的有限元分析指导教师: 2011 年 3 月 20 日毕 业 设 计 开 题 报 告1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写2000字左右的文献综述：文 献 综 述一.本课题的研究背景 随着国民经济的持续快速发展，我国建筑业的产业规模不断扩大，产业素质不断提高，在国民经济中的支柱产业地位和作用日益凸显。最新出版的中国统计年鉴(2006年9月版)数据显示，2005年度，在全年国内生产总值(GDP)中，建筑业部分(建筑业增加值)为10133.8亿元，比上年增长16.6%，增幅高于我国的经济增长率(9.9%)，占国内生产总值(183956.1亿元)的5.5%。这是我国建筑业年度完成的增加值首次突破1万亿元大关1。中国经济网北京2月28日讯 国家统计局今日发布的2010年国民经济和社会发展统计公报，公报显示，全年全社会建筑业增加值26451亿元，比上年增长12.6%。全国具有资质等级的总承包和专业承包建筑业企业实现利润3422亿元，增长25.9%，其中国有及国有控股企业990亿元，增长35.0%2。 混凝土作为常用的建筑材料得以广泛的应用，而由此产生的混凝土的切割也形成了庞大的产业。混凝土是一种特殊的复合材料，主要由粗骨料石、细骨料砂、水泥、钢筋、沥青等硬相和软相材料组成，具有抗拉强度低等性能特点，存在不连续点甚至裂缝等结构缺陷。混凝土干切削过程存在以下主要问题3:(1)锯切温度高。干锯切过程中，冷却和容屑条件较差，导致金刚石节块堵塞，锯片温度明显升高，节块中的金刚石颗粒易石墨化，产生非正常磨损和过早脱落;锯片的基体由于高温易变形，锯切摩擦力增大。(2)粉尘大。锯切过程中产生的粉尘会堵塞金刚石节块，降低锯切效率及锯片的使用寿命。(3)噪音大。一是锯切时锯片高速旋转引起空气的压力脉动而产生齿尖噪声;二是锯片与加工材料摩擦冲击产生噪声。锯切噪声是一种较严重的噪音污染，严重危害操作人员的身心健康。(4)加工对象成分复杂且随机分布。混凝土中含有不同性质的材料，金刚石对各组分锯切过程不同，加工机理复杂。由于锯片在锯切混凝土时，每个锯齿受到的应力都是随时间而变化的交变应力，因此锯片基体的性能对混凝土加工质量有着很大的影响。对于这些问题，为改善混凝土的锯切性能及提高锯片的使用寿命，合理设计金刚石锯片基体结构就显得越来越重要。二.本课题的研究目的和意义随着金刚石圆锯片的应用越来越广泛，锯片的需求量也越来越大，人们对金刚石圆锯片的结构及切削性能要求也随之不断提高，从钎焊到激光焊，从低速到高速，从有冷 却液到干切削，到如今有针对性很强的混凝土、石材等材料的专用干切式金刚石圆锯片。 随着对环保以及降低总体成本等因素的要求越来越高，使人们越来越重视通过合理设计金刚石锯片基体结构来降低加工成本、提高生产率、降低噪音污染。 近些年来，国内外专家对金刚石圆锯片锯切石材进行了广泛而系统的研究，然而针对混凝土干切技术的研究甚少，对混凝土用干切式金刚石圆锯片基体结构研究也比较少。国内外根据生产经验和一定的理论分析开发了一些新型基体结构的锯片，但为优化基体及锯齿结构而提供的严密的理论依据和计算分析则相当有限。因此，有必要加强对金刚石圆锯片基体结构优化理论进行深入、系统的研究，设计出符合实际工作要求的优良基体结构的金刚石圆锯片。金刚石圆锯片是切割混泥土的重要工具，也是消耗量最大的金刚石工具。但是在锯切过程中，由于锯片高速运转，岩屑流会对锯片侧面产生摩擦磨损，或由于节块的径向磨耗与侧向磨耗不匹配，当节块工作层将消耗完时，会使锯片基体与岩屑的摩擦加大，造成“夹锯”。随着摩擦力和锯切力的增大，锯片基体的磨损和变形加大，从而影响锯片的寿命和锯切质量。另外，在锯切过程中，变形加剧了锯片的振动，产生尖锐刺耳的锯切噪音，影响人的健康。三.有限元分析软件ANSYS简介 ANSYS是目前国际上著名的有限元软件之一,该软件是集结构、热、流体、电磁场、声场和祸合场分析于一体。ANSYS广泛应用于机械、航空航天、能源、交通运输、土木建筑、水利、电子、地矿、生物医学、教学研究等众多领域12。结构分析是ANSYS功能之一，其中包括13-14：静力分析（用于分析结构的静态行为，可以考虑结构的线性及非线性特性）:模态分析（计算线性结构的自振频率及振型）；谱分析（是模态分析的扩展，用于计算由于随机振动引起的结构应力和应变）；协响应分析(确定线性结构对随时间按正弦曲线变化的载荷的响应)；瞬态动力学分析(确定结构对随时间任意变化的载荷的响应，可以考虑与静力分析相同的结构非线性特性)；特征屈曲分析(用于计算线性屈曲荷载，并确定屈曲模态形状)；专项分析(断裂分析，复合材料分析，疲劳分析)等。结构静力分析是计算结构在固定不变的载荷作用下的响应15。固定不变的载荷和响应是一种假定;即假定载荷和结构的响应随时间的变化非常缓慢或微小。可是，静力分析可以计算那些固定不变的惯性载荷对结构的影响(如重力和离心力)以及那些可以近似为等价静力作用的随时间变化载荷(如通常在许多建筑规范中所定义的等价静力风载和地震载荷)。静力分析所施加的载荷包括16：(1)外部施加的作用力和压力(2)稳态的惯性力(如重力和离心力)(3)强迫位移(4)温度载荷(5)能流结构静力分析既可以是线性的，也可以是非线性的。非线性静力分析包括所有的非线性类型：如大变形、塑性、蠕变、应力刚化、接触(间隙)单元和超弹性单元等。四、利用有限元分析节块延伸金刚石圆锯片 为了提高金刚石圆锯片基体的刚性和耐磨性，降低噪音以及减小振动，国内外学者研究了许多特殊结构的锯片(如：节块金刚石圆锯片）4-5。但这些研究多以生产经验和非常有限的物理实验为主，新型锯片研制成本高周期长，理论分析较为粗略，不利于最优结构参数的选择。采用有限元分析手段研究金刚石锯片的应力、变形和模态等，是低成本高效率优选锯片结构参数的有效途径之一。部分优选结构经生产试验体现出优良的切削特性，为金刚石锯片的结构设计提供理论参考依据。本文将在分析普通圆锯片使用过程中出现的问题的基础上，提出节块延伸式金刚石圆锯片结构，并且对多种节块延伸式金刚石圆锯片及普通圆锯片进行静力学分析，通过比较其应力、应变图，从而得出其结构上最优化的设计方案，以达到提高金刚石圆锯片的使用寿命和加工质量的目的。你在文中的参考文献引用应该按从前到后的顺序，编制1,2,3，同时你的参考文献中书目的顺序按照你文中的顺序重新排列参考文献：1姜荣超.金刚石在建筑行业的应用前景.金刚石与磨料磨具工程.2002，05: P42-442国家统计局固定资产投资统计司建筑业处.2003年建筑业企业生产经营情况分析.建筑经济2004，05: P18-203罗春信.混凝土的切割方法.电焊机，vol.28，1998，5: P404DvaidHyaes.Dimaonds sawing Ingermoveshihgwayhazdar.IDR，1997，3: P94-955P.0.Berin.RPaid urnway removal.IDR，2001，l: P20-246D.Hayes.Diamond tools aid Kobe reconstruction.IDR,1997，l: Pl-47Hydrostress AG.Dam wall wire sawn with diamond.IDR,1996，l: P20-218区希，古力.钢筋混凝土机械切割技术在镇安立交高架桥拆除工程中的应用.广州建筑.2000，l，P14-189何艳艳，唐霞辉，朱国富，周毅.混凝土专用激光焊锯片的研制.金刚石与磨料磨具工程，2002，03: P35-3710房延利，魏听等.道路混凝土用圆锯片的干锯切技术.机械工程师，2002，03: P 41-4311姜荣超.激光焊接锯片过渡层配方的选择与研究.珠宝科技，2003，15(1): P 10-1112李焰，王生福，郑庆辉，杨泽英.金刚石锯片的研究与应用.探矿工程(岩土钻掘工程)，1997，S1期: P133-13613胡映宁,王成勇等.金刚石圆锯片基体及锯齿结构的特性分析(一)工具技术2001，7: P21-2514胡映宁，王成勇等.金刚石圆锯片基体及锯齿结构的特性分析(二)工具技术2001，8: P10-1415周灿丰，张宝生，曹建树等.锯切力仿真与锯切参数选择.金刚石与磨料磨具工程，2002，5: P45-4716李远，黄辉，朱火明，徐西鹏.花岗石锯切过程中的锯切力特征.金刚石与磨料磨具工程，2002，4:P15-1917陈先.由锯切力引发的思考.石材，1999，3:P4-718魏听.花岗石锯切机理及可锯切加工性研究.华南理工大学博士学位论文，1997 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：1.本课题要解决的问题分析普通圆锯片使用过程中出现的问题的基础上，提出节块延伸式金刚石圆锯片结构，并且对多种节块延伸式金刚石圆锯片及普通圆锯片进行静力学分析，通过比较其应力、应变图，从而得出其结构上最优化的设计方案，以达到提高金刚石圆锯片的使用寿命和加工质量的目的。2. 拟采用的研究手段网格划分针对普通圆锯片在使用过程中出现的问题，对金刚石节块设计了3种不同的延伸长度（14、18、22mm）、三种排列方式：1）含有12个长延伸节块，即每两个长节块间隔1个短节块；2）含有8个长延伸节块，即每两个长节块间隔2个短节块；3）含有6个长延伸节块，即每两个长节块间隔3个短节块。共九种不同的节块延伸结构金刚石圆锯片模型（其他结构参数同普通锯片），运用有限元分析软件ANSYS对这些模型进行结构静力学分析，研究了延伸节块不同长度、不同排列顺序对圆锯片的变形、应力的影响，从而得出合理的结构参数，为提高金刚石圆锯片的刚度及使用寿命，降低噪音、减小振动提供理论依据。开始定单元常数（实体建模无需定义）建模结论输出结果分析计算输入载荷输入约束条件定单元材料（实体单元）定分析内型（结构分析）对模型使用Smart Sizing进行网格自由划分，程序自动控制单元大小，每个模型划分约10万个单元左右。锯片在锯切过程中只有绕轴向方向在转动，在其它的自由度上均为固定，即没有位移，而转动由电机带动，在理想情况下为匀速转动，也可认为是受约束，因此，内孔整个圆环面积受到全约束。进而将载荷考虑为均布载荷。利用ansys进行应力应变分析，并与普通锯片进行对比，从几种节块延伸锯片中得出较佳的参数组合。毕 业 设 计 开 题 报 告指导教师意见： 指导教师： 年 月 日所在系审查意见： 系主任： 年 月 日附件：参考文献格式学术期刊 作者论文题目期刊名称，出版年份，卷(期)：页次如果作者的人数多于3人，则写前三位作者的名字后面加“等”，作者之间以逗号隔开。例如：1 李峰，胡征，景苏等. 纳米粒子的控制生长和自组装研究进展. 无机化学学报， 2001, 17(3): 3153242 J.Y.Li, X.L.Chen,H.Li. Fabrication of zinc oxide nanorods. Journal of Crystal Growt