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摆动扭冲工具冲击特性仿真分析

汇报人：

2024-01-28

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目录

摆动扭冲工具简介

冲击特性仿真分析方法

摆动扭冲工具冲击特性仿真模型建立

仿真结果分析与讨论

实验验证与对比分析

结论与展望

摆动扭冲工具简介

01

结构组成

摆动扭冲工具主要由电机、减速器、冲击机构、摆动机构等部分组成。

工作原理

电机驱动减速器，使冲击机构产生高速旋转的扭矩，同时通过摆动机构实现工具头的摆动，从而对工件进行冲击加工。

应用领域

摆动扭冲工具广泛应用于金属加工、机械制造、航空航天等领域，特别适用于对难加工材料的加工。

优势

相比传统加工方法，摆动扭冲工具具有加工效率高、加工精度高、工具寿命长等优点。

国内对摆动扭冲工具的研究起步较晚，但近年来发展迅速，主要集中在工具结构优化、控制策略改进等方面。

国内研究现状

国外对摆动扭冲工具的研究较早，技术相对成熟，研究方向包括新型材料应用、高精度控制技术等。同时，国外在摆动扭冲工具的产业化方面也取得了显著成果。

国外研究现状

冲击特性仿真分析方法

02

ADAMS

全称为AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystems，即机械系统动力学自动分析软件，可广泛用于摆动扭冲工具的动力学仿真。

MATLAB/Simulink

MATLAB是一种高级编程语言和环境，而Simulink是其图形化仿真环境，特别适用于复杂系统的建模和仿真。

RecurDyn

全称为RecursiveDynamic，是一款多体动力学仿真软件，特别适用于处理大规模、复杂接触的多体系统动力学问题。

A

B

C

D

网格划分

将摆动扭冲工具划分为有限个单元，每个单元用节点连接，形成网格模型。

边界条件与载荷施加

根据实际工况，为模型施加边界条件和载荷，如固定约束、冲击载荷等。

材料属性定义

为各单元定义材料属性，如弹性模量、泊松比、密度等。

求解与后处理

利用有限元软件进行求解，得到各节点的位移、应力、应变等结果，并进行后处理分析。

求解与动画演示

利用多体动力学软件进行求解，得到各刚体的运动轨迹、速度、加速度等结果，并可通过动画演示直观地展示整个运动过程。

刚体建模

将摆动扭冲工具中各部分简化为刚体，忽略其变形效应。

约束定义

根据实际连接情况，为各刚体间定义约束关系，如转动副、移动副等。

驱动力与载荷施加

为模型施加驱动力和载荷，模拟实际工作过程中的受力情况。

摆动扭冲工具冲击特性仿真模型建立

03

VS

根据摆动扭冲工具的实际尺寸和设计参数，在仿真软件中建立精确的几何模型。考虑到工具的复杂性和细节，需采用高级建模技术，如曲面建模、布尔运算等。

网格划分

针对摆动扭冲工具的几何特点，采用合适的网格类型和大小进行网格划分。对于关键部位和应力集中区域，需进行网格加密以提高计算精度。同时，要注意网格质量和连续性，避免出现畸形网格。

几何模型构建

根据摆动扭冲工具的材料类型，输入相应的材料属性参数，如弹性模量、泊松比、密度等。对于非线性材料，还需考虑其应力-应变关系、屈服准则等。

根据实际工作条件，对摆动扭冲工具施加相应的边界条件。如固定约束、旋转约束等。同时，要考虑工具与工件之间的接触条件，如摩擦系数、接触刚度等。

材料属性设置

边界条件设置

载荷施加

根据摆动扭冲工具的工作过程，施加相应的载荷条件。如冲击力、扭矩等。对于动态仿真，还需考虑时间历程和载荷谱等因素。

求解过程

选择合适的求解器和算法，对摆动扭冲工具的冲击特性进行仿真分析。在求解过程中，要关注计算的收敛性和稳定性，及时调整参数和算法以获得准确的结果。同时，要注意保存仿真数据和结果文件，以便后续分析和处理。

仿真结果分析与讨论

04

应力集中区域

通过仿真结果，可以观察到工具在冲击过程中的应力分布情况，特别是应力集中的区域，这些区域容易发生破坏或疲劳损伤。

变形量分析

对应力分布进行进一步的分析，可以得到工具的变形情况，包括整体变形和局部变形，这对于评估工具的刚度和稳定性具有重要意义。

变形模式识别

通过观察仿真结果中的变形模式，可以识别出工具在冲击过程中的主要变形模式，如弯曲、扭曲等，这有助于优化工具的设计和制造工艺。

能量传递路径

通过仿真分析，可以揭示工具在冲击过程中能量的传递路径，包括从动力源到工作部件的能量传递过程以及能量在工具内部的传递和分配情况。

能量耗散机制

在冲击过程中，部分能量会以热能、声能等形式耗散掉，通过仿真分析可以揭示这些能量耗散机制，为优化工具的能量利用效率提供指导。

能量利用效率评估

基于仿真结果，可以对工具的能量利用效率进行评估，包括冲击过程中的能量损失和有效利用的能量比例等，这对于提高工具的性能和效率具有重要意义。

01

02

03

实验验证与对比分析

05

设计实验方案

确定实验