本文關(guān)鍵詞：磁性珩磨系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)研究

  更多相關(guān)文章： 磁性珩磨 優(yōu)化設(shè)計(jì) Ansoft 不銹鋼管 有限元分析 ANSYS Workbench

【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)的發(fā)展,人們對機(jī)械零件的表面質(zhì)量提出了越來越高的要求,不銹鋼管表面加工質(zhì)量也同樣如此。不銹鋼由于具有高強(qiáng)度、高韌性、抗磁性、耐腐蝕、外形美觀等優(yōu)良特性而被廣泛應(yīng)用于很多工業(yè)領(lǐng)域。但由于不銹鋼在高溫固溶處理的過程中,其表面極易形成一層與基體附著力強(qiáng)的氧化皮。因此采用適當(dāng)?shù)姆椒皶r(shí)有效地去除這類工件表面的氧化皮,并降低其表面粗糙度值,對順利進(jìn)行下道工序以及防止管道表面的腐蝕,延長工件壽命具有重要意義。對于長不銹鋼管這種管狀類零件,由于其長徑比很大,在加工中容易產(chǎn)生振動和熱變形,因此,其內(nèi)表面的加工一直是實(shí)際生產(chǎn)中的難題。經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn),采用磁性珩磨技術(shù)可以很好的去除長不銹鋼管內(nèi)表面氧化皮,并可以對其進(jìn)行粗、精加工;該技術(shù)充分結(jié)合了磁技術(shù)與珩磨技術(shù),是一種加工長不銹鋼管內(nèi)表面的新興技術(shù)。通過前期的研究發(fā)現(xiàn),采用磁性珩磨的方法,可以很好地滿足切削性能,并能有效地提高其表面質(zhì)量,但其加工穩(wěn)定性較差。本課題就是在磁性珩磨系統(tǒng)加工穩(wěn)定性較差的背景下產(chǎn)生的。本文主要從磁性珩磨系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)、電磁場分析、溫度場分析、優(yōu)化分析以及加工實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證幾個(gè)方面進(jìn)行了研究,主要內(nèi)容如下:(1)以電磁學(xué)、電機(jī)學(xué)等為基礎(chǔ),對磁性材料和旋轉(zhuǎn)磁場的相關(guān)理論知識進(jìn)行了介紹,為后續(xù)的分析及討論奠定基礎(chǔ)。結(jié)合磁性珩磨系統(tǒng)的固有特性對系統(tǒng)進(jìn)行了磁路與電路分析,該分析建立了系統(tǒng)的運(yùn)動方程,有助于理解系統(tǒng)物理模型,并對系統(tǒng)中內(nèi)功率因數(shù)角、功率因數(shù)角與功率角三者之間的關(guān)系以及各自的意義進(jìn)行了說明,還對比了不同磁性珩磨頭對磁路的影響。并以電磁場理論、傳熱學(xué)、有限元方法等為基礎(chǔ),介紹了電磁場和溫度場分析的相關(guān)理論,并確定了數(shù)值計(jì)算所使用的軟件以及仿真思路。(2)借助電磁場有限元分析軟件ansoft對幾種不同類型的磁性珩磨頭進(jìn)行了二維空載分析、負(fù)載分析以及溫度場分析。從加工表面處的磁感應(yīng)強(qiáng)度、各自用導(dǎo)磁材料量、各自用永磁鐵量、最大電磁轉(zhuǎn)矩、系統(tǒng)穩(wěn)定后的電磁轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定性、達(dá)到熱平衡所用的時(shí)間以及最大溫升綜合權(quán)衡得出適合磁性珩磨加工的最佳磁性珩磨頭結(jié)構(gòu)。(3)利用ansysworkbench的優(yōu)化設(shè)計(jì)功能以最佳磁性珩磨頭的重量、系統(tǒng)最大溫升、電磁轉(zhuǎn)矩三個(gè)參數(shù)為目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化分析,最終得出最佳磁路結(jié)構(gòu)珩磨頭的尺寸參數(shù),為下一步更好的設(shè)計(jì)磁性珩磨頭奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。(4)對優(yōu)化后磁性珩磨系統(tǒng)進(jìn)行三維電磁場分析、溫度場分析,由于三維模型與實(shí)際模型更接近,從而可以更加真實(shí)的反映系統(tǒng)的性能,并驗(yàn)證了其最高溫度以及電磁轉(zhuǎn)矩均滿足系統(tǒng)的加工穩(wěn)定性要求。(5)通過磁性珩磨系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺加工實(shí)驗(yàn),證實(shí)本課題所采用的磁性珩磨技術(shù)可以有效的去除長不銹鋼管內(nèi)壁的氧化皮并降低其表面粗糙度。然后,對已有的二代磁性珩磨頭和三代珩磨頭分別進(jìn)行加工實(shí)驗(yàn),測量其溫度場分布并觀察其加工穩(wěn)定性,同時(shí)與有限元仿真結(jié)論進(jìn)行對比,發(fā)現(xiàn)兩者誤差均在工程誤差范圍內(nèi),為磁性珩磨系統(tǒng)后續(xù)的研究和改進(jìn)提供有力的數(shù)據(jù)支撐和技術(shù)依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】：磁性珩磨 優(yōu)化設(shè)計(jì) Ansoft 不銹鋼管 有限元分析 ANSYS Workbench
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TG589
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-13
• 本論文所用的主要符號說明13-15
• 第一章 緒論15-25
• 1.1 引言15-16
• 1.2 選題目的及意義16-17
• 1.3 課題研究背景17-18
• 1.4 文獻(xiàn)綜述18-23
• 1.4.1 長不銹鋼管的內(nèi)表面加工方法概述18-19
• 1.4.2 珩磨加工概述19-21
• 1.4.3 磁性珩磨加工概述21-23
• 1.5 本課題研究內(nèi)容及研究意義23-25
• 第二章 磁性珩磨系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)25-47
• 2.1 磁性材料的相關(guān)理論25-32
• 2.1.1 關(guān)于磁學(xué)的幾個(gè)基本概念25-26
• 2.1.2 磁性材料分類26-29
• 2.1.3 鐵磁材料的特性29-32
• 2.2 旋轉(zhuǎn)磁場的相關(guān)理論32-35
• 2.2.1 電磁式旋轉(zhuǎn)磁場的基本原理32-34
• 2.2.2 三相繞組的形式34-35
• 2.3 磁性珩磨系統(tǒng)的磁路與電路分析35-42
• 2.3.1 磁性珩磨系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)35-36
• 2.3.2 磁性珩磨系統(tǒng)的磁場分析36-38
• 2.3.3 磁性珩磨系統(tǒng)的電壓方程、電磁功率和電磁轉(zhuǎn)矩38-41
• 2.3.4 磁性珩磨系統(tǒng)中不同類型磁性珩磨頭對磁路的影響41-42
• 2.4 磁性珩磨系統(tǒng)數(shù)值計(jì)算理論基礎(chǔ)42-46
• 2.4.1 磁場分析的基本方程43
• 2.4.2 磁場分析中相關(guān)參數(shù)的計(jì)算43-44
• 2.4.3 溫度場分析的理論基礎(chǔ)44-45
• 2.4.4 數(shù)值計(jì)算軟件的選擇以及仿真思路45-46
• 2.5 本章小結(jié)46-47
• 第三章 磁性珩磨系統(tǒng)的仿真分析47-77
• 3.1 磁性珩磨系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及相關(guān)參數(shù)47-52
• 3.1.1 電磁式旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)生器的選用47-49
• 3.1.2 磁性珩磨頭結(jié)構(gòu)49-51
• 3.1.3 模型的材料屬性51-52
• 3.2 磁性珩磨系統(tǒng)的啟動過程研究52-58
• 3.2.1 磁性珩磨系統(tǒng)模型的建立52-53
• 3.2.2 磁性珩磨系統(tǒng)的啟動過程仿真研究53-58
• 3.3 幾種不同的磁性珩磨頭的有限元分析58-67
• 3.3.1 空載分析58-61
• 3.3.2 負(fù)載分析61-63
• 3.3.3 電磁場與溫度場的耦合場分析63-66
• 3.3.4 最佳珩磨頭結(jié)構(gòu)66-67
• 3.4 磁性珩磨系統(tǒng)優(yōu)化分析67-71
• 3.4.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型67-68
• 3.4.2 ANSYS Workbench優(yōu)化分析68-71
• 3.5 磁性珩磨系統(tǒng)三維有限元仿真71-76
• 3.5.1 三維模型的建立71
• 3.5.2 電磁場分析71-73
• 3.5.3 溫度場分析73-76
• 3.6 本章小結(jié)76-77
• 第四章 磁性珩磨頭的加工實(shí)驗(yàn)研究77-83
• 4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>77
• 4.2 實(shí)驗(yàn)裝置和主要設(shè)備77-79
• 4.3 磁性珩磨頭珩磨加工實(shí)驗(yàn)79
• 4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與有限元仿真結(jié)果對比及分析79-81
• 4.5 本章小結(jié)81-83
• 第五章 總結(jié)與展望83-85
• 5.1 總結(jié)83-84
• 5.2 展望84-85
• 參考文獻(xiàn)85-89
• 致謝89-90
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文90

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本文編號：580805