【摘要】：針對高速旋轉(zhuǎn)圓鋸片,由于絕對節(jié)點坐標(biāo)法(ANCF)在大轉(zhuǎn)動和大變形下的精確建模等優(yōu)點,本文率先將這一方法引入到其動態(tài)特性的研究中。此外,進(jìn)一步將熱傳導(dǎo)方程與絕對節(jié)點坐標(biāo)法相結(jié)合,分析了圓鋸片在熱載荷作用下的動態(tài)特性。通過以上分析,不僅為圓鋸片的動態(tài)穩(wěn)定性設(shè)計提供了理論依據(jù),同時也對解決類似定軸旋轉(zhuǎn)類構(gòu)件有著重要的參考價值。主要工作有:(1)基于Kirchhoff板理論,從連續(xù)介質(zhì)力學(xué)出發(fā),詳細(xì)推導(dǎo)了絕對節(jié)點坐標(biāo)法下三角形板單元的廣義彈性力。在此基礎(chǔ)上,進(jìn)一步推導(dǎo)了系統(tǒng)的質(zhì)量陣和廣義外力陣,并利用虛功原理建立了系統(tǒng)的動力學(xué)方程。(2)針對絕對節(jié)點坐標(biāo)法計算效率低的問題,通過從非線性廣義彈性力陣中分離出廣義坐標(biāo)、推導(dǎo)廣義彈性力雅可比矩陣的解析表達(dá)式等方法,提出了一整套用于提高ANCF三角形板單元動力學(xué)方程計算效率的方法。在此基礎(chǔ)上,將本文模型與Ansys大變形模型進(jìn)行比較,驗證了上述理論的正確性。(3)對無熱載荷時的高速旋轉(zhuǎn)圓鋸片動態(tài)特性進(jìn)行研究。首先求解了圓鋸片靜止時的動力學(xué)方程,并對結(jié)果進(jìn)行能量守恒驗證。進(jìn)一步,對旋轉(zhuǎn)時的圓鋸片進(jìn)行研究,提出了兩種用于建立旋轉(zhuǎn)圓鋸片動力學(xué)模型的方法,對比發(fā)現(xiàn),后一種模型下的邊界條件更加簡單,動力學(xué)方程更加規(guī)整,在計算上更有優(yōu)勢。在此基礎(chǔ)上,對圓鋸片進(jìn)行模態(tài)分析,結(jié)果表明:旋轉(zhuǎn)效應(yīng)會使得節(jié)徑數(shù)N≥2的后行波固有頻率降低至零,圓鋸片出現(xiàn)臨界轉(zhuǎn)速;圓鋸片的臨界轉(zhuǎn)速隨著鋸片厚度和內(nèi)緣半徑的增大而增大,隨著外緣半徑的增大而減小。此外,進(jìn)一步對圓鋸片的固有頻率進(jìn)行擬合分析,得到了各階固有頻率相對于轉(zhuǎn)速的近似函數(shù),可方便快捷的為設(shè)計者提供設(shè)計依據(jù)。最后,通過與Mote實驗和理論結(jié)果的對比,確保了本文模態(tài)分析結(jié)果的正確性。(4)對圓鋸片在熱載荷作用下的動態(tài)特性進(jìn)行研究。首先,結(jié)合熱傳導(dǎo)方程推導(dǎo)了熱載荷下柔性板的廣義彈性力,從而得到系統(tǒng)的動力學(xué)模型,并從能量守恒角度驗證了本文熱載荷模型的正確性。在此基礎(chǔ)上,研究了內(nèi)外緣溫升對各階固有頻率的影響,結(jié)果表明:外緣溫升會降低各階固有頻率,而內(nèi)緣溫升會使得節(jié)徑數(shù)N≥2的固有頻率增大,從而顯著提高圓鋸片的臨界轉(zhuǎn)速。進(jìn)一步,通過對圓鋸片上的應(yīng)力狀態(tài)的分析發(fā)現(xiàn),內(nèi)緣溫升對臨界轉(zhuǎn)速的提高,是因其產(chǎn)生的壓應(yīng)力在一定程度上抵消了由旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心拉應(yīng)力,從而降低了旋轉(zhuǎn)效應(yīng)對后行波的影響所導(dǎo)致�？梢�,對內(nèi)緣部分預(yù)加合理的壓應(yīng)力,可以提高圓鋸片的動態(tài)穩(wěn)定性。
【學(xué)位授予單位】：西安理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TG717

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2657931