基于ADAMS和ABAQUS热磨机研磨木片断裂过程数值模拟

摘要

[目的] 基于ADAMS和ABAQUS软件对热磨机研磨木片的断裂过程进行数值模拟,研究当动、静盘磨齿间的夹角α一定、木片到主轴中心的距离R变化时的场变量输出,从理论上分析磨片破碎区域面积对纤维分离能耗的影响,指导热磨机磨片的优化设计.[方法] 结合断裂力学理论,基于数值模拟方法,取动、静盘磨齿间的夹角α＝15°,运用ADAMS软件求解木片到主轴中心的距离R分别为370、390、410、430、450 mm 5种情况时木片所受的研磨压力Fm和剪切力Fr,并利用ABAQUS软件将所求得的力加载在木片上进一步模拟木片断裂过程.[结果]1)在热磨机动、静磨齿研磨压力Fm和剪切力Fr的作用下,木片发生断裂破坏,α＝15°、R＝450 mm时木片的Mises应力变化范围为9. 846 X 10 -2～7. 493 MPa,第一主应变变化范围为1. 235 X 10 -5～2. 546 X 10 -2,第三主应变变化范围为-1. 231 X 10 -4～ -1. 853 X 10 -2,应变E23变化范围为-3. 481 X 10 -2～3. 756 X 10 -3,较大的应力应变主要分布在裂纹附近,木片左右两侧的应力应变逐渐减小. α＝15°、R＝450 mm时木片节点位移 U1的变化范围为-7. 605 X 10 -4～1. 693 X 10 -3mm,节点位移U3的变化范围为-3. 334 X 10 -2～1. 966 X 10 -2mm,U3的变化范围大于U1的变化范围,木片主要沿U3方向被撕裂,即木片在被研磨过程中主要在剪切力Fr的作用下沿木片横纹方向被分离. 2)在磨片破碎区,当动、静盘磨齿间的夹角α一定时,木片到主轴中心的距离R增大,木片的Mises应力、正应力、Magnitude、节点位移呈增大趋势.当木片到主轴中心的距离R越大,即破碎区面积越大时,木片所受应力应变增大,木片断裂越容易.[结论] 1)木片被研磨过程中主要在剪切力Fr的作用下沿木片横纹方向被分离,对磨片进行结构设计和优化分析时应尽可能增加磨齿对木片的剪切力Fr,使磨片破碎区木片的断裂程度更充分,降低粗磨区和精磨区的纤维分离能耗. 2)热磨机研磨木片时木片到主轴中心的距离R越大,即破碎区面积越大,木片断裂就越容易,合理设计磨片破碎区域面积可以降低纤维分离能耗. 3)运用ABAQUS软件模拟木片到主轴中心的距离R不等时的场变量输出,从理论上分析磨片破碎区域面积对纤维分离能耗的影响,可以指导热磨机磨片的优化设计.