气缸冲击解析的仿真方法与轴套结构对其影响分析

摘要

气缸的冲击特性是气缸疲劳寿命的关键影响因素。针对气缸高寿命的应用需求，有必要对气缸的冲击特性进行解析，分析影响气缸冲击特性的因素及其影响规律。仿真分析是气缸冲击解析最有效的方法，但行之有效的仿真分析方法涉及到解析的效率和解析结果的精确性。因此，本文结合气缸冲击解析仿真、气缸冲击解析试验和试验设计方法（DOE），研究气缸冲击解析的仿真方法，主要工作如下： （1）建立气缸冲击解析仿真的三维结构模型，对材料设置、接触设置进行阐述；研究仿真中的网格划分方法，通过正交试验的极差分析确定气缸各部件网格尺寸；以专用选型软件所得特性曲线为依据，建立气缸冲击解析数学模型；运用MATLAB/Simulink仿真获得气缸有杆腔、无杆腔压力和所受摩擦力等载荷数据，对边界条件与求解参数进行设置；构建气缸冲击解析的仿真模型，实现气缸冲击全过程的仿真，得到相应仿真结果，提出气缸冲击解析仿真方法。 （2）为验证气缸冲击解析仿真模型与方法的可靠性，设计气缸冲击试验系统，对气缸冲击试验气动回路进行设计，完成试验系统元器件的选型；采用LabVIEW软件设计试验数据采集单元，设计与构建气缸冲击试验台；通过试验获得气缸冲击有杆腔、无杆腔的压力数据，气缸位移、速度和冲击力数据；通过与冲击解析仿真压力载荷、结果的对比，验证有限元仿真模型与方法的可靠性。 （3）运用正交试验和响应面法，结合气缸冲击解析仿真模型，探究气缸轴套厚度、宽度、倒角和圆角等结构参数对冲击状况下应力特性的影响，进而获得轴套结构参数影响的主次顺序和显著性，分析轴套应力受其结构参数影响的规律与趋势，并对轴套结构进行优化与仿真验证；对比分析正交试验和响应面法的工程适用性，为气缸轴套的结构优化提供指导。 本文构建气缸冲击解析的仿真模型，提出气缸冲击解析的仿真方法，并通过气缸冲击试验对其进行验证。所提出的冲击解析仿真方法能较为准确、全面地描述气缸的冲击特性，最后结合DOE对气缸轴套进行结构优化；为同类仿真分析提供可借鉴的方法，为气缸结构设计与优化和气缸寿命提升提供指导，缩短研发周期。

目录

声明

第1章 绪论

1.1论文的研究背景与研究对象

1.1.1论文的研究背景

1.1.2论文的研究对象

1.2论文主要研究内容的国内外研究现状

1.2.1气缸冲击解析方法的研究

1.2.2基于试验设计的数值仿真方法研究

1.3论文的研究目的和意义

1.3.1论文的研究目的

1.3.2论文的研究意义

1.4论文的课题支撑和主要研究内容

1.4.1论文的课题支撑

1.4.2论文的主要研究内容

第2章 气缸冲击解析的仿真方法及其模型

2.1气缸冲击解析的仿真方法

2.2气缸冲击解析的仿真模型

2.2.1气缸冲击解析仿真的三维结构模型

2.2.2气缸冲击解析仿真的项目模块与材料设置

2.2.3气缸冲击解析仿真的接触设置

2.3气缸冲击解析仿真的网格划分方法

2.3.1气缸冲击解析仿真的网格划分

2.3.2气缸冲击解析仿真的网格单元尺寸

2.4气缸冲击解析仿真的边界条件

2.4.1气缸冲击解析仿真的载荷设置

2.4.2气缸冲击解析仿真的约束设置

2.5气缸冲击解析仿真的求解与后处理

2.5.1气缸冲击解析仿真的K文件及求解

2.5.2气缸冲击解析仿真的后处理

2.6本章小结

第3章 气缸冲击解析仿真方法与模型的试验验证

3.1气缸冲击试验目的与内容

3.1.1气缸冲击试验目的

3.1.2气缸冲击试验内容

3.2气缸冲击试验系统设计

3.2.1气缸冲击试验气动回路设计

3.2.2气缸冲击试验系统元器件选型

3.2.3气缸冲击试验系统数据采集单元设计

3.2.4气缸冲击试验台的设计与构建

3.3气缸冲击解析试验与仿真结果的对比分析

3.3.1气缸有杆腔、无杆腔压力对比分析

3.3.2气缸冲击位移、速度对比分析

3.3.3气缸冲击力对比分析

3.4气缸冲击特性的影响因素分析

3.4.1气缸运动特性影响因素分析

3.4.2气缸应力特性影响因素分析

3.4.3气缸轴套应力特性影响因素分析

3.5本章小结

第4章 基于DOE的气缸轴套结构的影响分析

4.1气缸冲击解析仿真的试验设计方法

4.1.1气缸冲击解析仿真试验设计方法概述

4.1.2气缸冲击解析仿真中正交试验与响应面法方案

4.2气缸轴套结构影响分析的正交试验法

4.2.1气缸冲击解析仿真的正交试验方案

4.2.2气缸不同结构轴套应力的正交试验结果分析

4.3气缸轴套结构影响分析的响应面法

4.3.1气缸冲击解析仿真的响应面法方案

4.3.2气缸不同结构轴套应力的响应面法结果分析

4.4气缸轴套结构影响分析方法的工程适用性分析

（1）优化结果的对比分析

（2）气缸轴套结构影响分析方法的对比分析

4.5本章小结

第5章 全文总结与展望

5.1全文总结

5.2研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间取得的学术成果