电脑横机三角与织针作用动力学分析与有限元仿真

摘要

国产电脑横机在编织性能、效率和多样性方面与国外电脑横机存在较大差距，主要原因是缺乏自主的技术研发与创新。本文主要从电脑横机成圈机件的核心部件—三角和织针入手，力图用现代化的研究手段对织针和三角之间作用力进行分析，从而设计出性能优良的三角曲线。国内外很多学者对三角和织针间的冲击力和相互作用力进行过分析和研究，并提出使用非线性三角替代线性三角进而使得织针运动过程中的速度连续及加速度无突变，但主要采用数学推导的方法。三角和织针这一对特殊的凸轮和从动件，由于其本身结构的不规则性、两者接触时的高度非线性、成圈过程中的复杂条件以及针道间隙的存在，织针实际上并不是按照预想的设定的曲线运动，这些因素都会影响到只利用数学推导方法获得结果的真实性。
　　 本文在前人分析研究的基础上，分析了国产电脑横机成圈原理、成圈过程中三角工艺点和织针尺寸关系，以及织针与三角间的相互作用和冲击。利用有限元显示动力学分析软件ANSYS/LS-DYNA仿真模拟织针与三角的动态成圈过程，通过分析织针运动过程中的位移、速度、加速度曲线及等效应力云图等数据结果，可以得出利用有限元方法模拟织针运动是符合实际情况并满足工艺要求的。通过分析机速变化对织针加速度特性及受力情况的影响，得出织针的受力随机速的增大而增大、织针在成圈运动过程中受力较大部位比较固定、织针最大应力点都出现在织针转向的位置、应力波的传播使得织针不同部位的加速度不同等结论。本文利用工业设计软件UG实现挺针三角针道的非线性曲线设计，对其建模并在ANSYS/LS-DYNA中对此成圈过程进行仿真计算分析，最终得出多项式曲线性能最优，明显好于直线与圆弧复合曲线的结论。在数学推导方法及三角与织针理论分析的基础上，结合现代设计及仿真软件的真实性和计算机的高效率特点，展开对国产电脑横机成圈机件的研究在方法上是一种突破，也是实现加快国产电脑横机技术改进的重要途径。

目录

声明

学位论文的主要创新点

摘要

第一章 前言

1．1 电脑横机发展历史及技术现状

1．2 课题提出及相关领域研究现状

1．2．1 课题提出背景

1．2．2 三角与织针相互作用国内外研究现状

1．3 本课题研究目的、内容和意义

1．3．1 本课题研究目的和意义

1．3．2 本课题研究内容

第二章 电脑横机成圈过程及三角工艺点分析

2．1 电脑横机的成圈过程及织针的运动轨迹

2．1．1 成圈机件

2．1．2 成圈过程与织针的运动轨迹

2．2 三角工艺点及三角与织针位置尺寸关系的分析

2．2．1 成圈、集圈过程中成圈机件工艺点及尺寸关系

2．2．2 移圈过程成圈机件工艺点及尺寸关系

2．2．3 接圈过程成圈机件工艺点及尺寸

2．3 小结

第三章 电脑横机成圈机件的受力分析

3．1 三角与织针间的冲击力

3．1．1 三角与织针冲击的实质

3．1．2 直线三角和挺针片间的冲击

3．1．3 非线性三角和织针的冲击作用

3．2 织针的平稳运动

3．2．1 平稳运动过程中的力学平衡方程

3．2．2 分析三角曲线角度对作用力的影响

3．3 织针失控状态

3．3．1 直线三角、非线性三角减速段的的织针失控情况

3．3．2 织针失控的危害及防止或减轻失控的途径

3．4 纱线编织张力对成圈机件的影响

3．5 本章小结

第四章 有限元建模模拟与分析

4．1 有限元(ANSYS／LS-DYNA)分析原理

4．2 电脑横机成圈机件有限元模型的建立

4．2．1 定义成圈机件的单元类型

4．2．2 定义成圈机件的材料属性

4．2．3 建立成圈机件的实体模型

4．2．4 对实体模型进行网格划分

4．2．5 生成PART、定义接触、加载与约束

4．2．6 求解设置

4．2．7 关键字K文件的编辑、求解及控制过程

4．3 成圈过程运动模拟

4．3．1 ANSYS／LS-DYNA后处理方法

4．3．2 织针成圈过程运动位移

4．3．3 织针Y向运动速度

4．3．4 织针Y向运动加速度

4．4 移圈过程运动模拟

4．4．1 移圈过程运动分析

4．4．2 移圈过程受力分析

4．5 机速变化的影响

4．5．1 机速变化对织针加速度影响

4．5．2 机速变化对织针所受应力影响

4．6 织针中应力波对加速度影响

4．7 本章小结

第五章 电脑横机非线性三角曲线设计与有限元分析

5．1 非线性三角的曲线设计

5．1．1 非线性三角曲线的选择

5．1．2 非线性曲线的确定

5．1．3 非线性三角曲线的建模

5．2 非线性三角成圈运动分析

5．2．1 位移曲线

5．2．2 速度曲线

5．2．3 加速度曲线

5．3 织针在直线与圆弧连接曲线和多项式曲线三角中运动及受力对比分析

5．3．1 运动特性对比分析

5．3．2 应力对比分析

5．4 本章小结

第六章 结论和展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

附录

致谢