CN109359335A - 一种木工圆锯片外缘临界温度载荷的预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种木工圆锯片外缘临界温度载荷的预测方法，它首先将CAD软件或其他机械零件设计的圆锯片图纸导入到ABAQUS或其他有限元软件中；然后给圆锯片基体施加温度载荷与离心力载荷，利用静力隐式求解模块获得圆锯片内部生成的应力场；最后通过振动模态求解模块，获得在温度载荷与离心力载荷共同作用下的圆锯片的固有频率，调整温度载荷，计算获得的固有频率也会相应改变，当圆锯片逐渐接近共振失稳状态时，所施加的温度载荷即为临界温度载荷，本方法计算效率高，它不仅能够为圆锯片的结构设计提供重要的技术指导，还能够为锯切中的圆锯片提供使用维护上的技术指导。

Description

一种木工圆锯片外缘临界温度载荷的预测方法

技术领域

本发明涉及木工设备技术领域，具体为一种木工圆锯片外缘临界温度载荷的预测方法。

背景技术

木工圆锯片是木材加工的基本工具，具有效率高、使用简单、维修方便、移动便利等优点，在所有木材生产设备中占到30％～40％的比例，降低其厚度、增加其稳定性被国内外公认是提高木材利用率最有效的方法。

木工圆锯片在锯切的过程中，外缘不可避免会产生温升，热量逐渐向圆锯片法兰盘附近传导，沿圆锯片径向形成温度梯度，当圆锯片外缘温度升高到一定程度的时候，圆锯片基体会产生共振失稳变形，很快就会导致圆锯片烧锯失效。

导致圆锯片产生共振失稳的临界温度载荷是非常重要的参数信息，它是圆锯片的固有属性，受圆锯片几何结构影响，对于圆锯片的设计人员，可通过调整圆锯片基体内部的孔、槽结构，提高圆锯片的临界温度载荷；对于圆锯片的使用人员，可根据圆锯片的临界温度载荷，通过监测锯切中圆锯片的温度场，判断圆锯片所处的工作状态，及时对圆锯片进行冷却处理。

然而，国内外学术文献、专利资料上均未记载如何获得导致圆锯片产生共振失稳的临界温度载荷的方法，因此，本发明专利提出一种木工圆锯片外缘临界温度载荷的预测方法，它不仅能够为圆锯片的结构设计提供重要的技术指导，还能够为锯切中的圆锯片提供使用维护上的技术指导。

发明内容

为了克服现有技术方案的不足,本发明提供一种木工圆锯片外缘临界温度载荷的预测方法，能够为圆锯片基体几何结构的设计提供理论依据，也能够为圆锯片工作状态的判断提供技术指导，能有效的解决背景技术提出的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种木工圆锯片外缘临界温度载荷的预测方法，包括如下步骤：

S100、将圆锯片设计图纸导入软件中，并给定材料参数；

S200、划分圆锯片区域并分别施加不同的外部作用；

S300、通过计算求解得到圆锯片内部应力场、固有频率和振动模态；

S400、改变载荷条件并重复步骤S200和S300，直至达到共振失稳并得到参数。

进一步地，所述步骤S100中导入过程为：

选择并打开ABAQUS软件或其他有限元软件；

选择合格大小的圆锯片设计图，导入选择的软件中；

调整比例得到圆锯片模型。

进一步地，所述步骤S100的导入过程还可以为：直接选择ABAQUS或其他有限元软件对圆锯片进行几何建模，之后对建立的几何模型进行网格划分。

进一步的，所述步骤S100中，给定的材料参数包括圆锯片基体材料的弹性模量、泊松比和密度。

进一步地，所述步骤S200的具体过程为：

S201、划分圆锯片模型区域，将圆锯片法兰盘对应区域划分为约束区域，圆锯片法兰盘意外的区域划分为离心区域，将圆锯片基体划分为温度区域；

S202、给圆锯片的约束区域施加固定约束；

S203、给离心区域施加旋转离心力载荷；

S204、给温度区域施加温度分布载荷。

进一步地，所述步骤S204中，温度从圆锯片外缘向法兰盘外缘线性递减，圆锯片法兰盘外缘温度保持为环境温度。

进一步地，所述步骤S300中，具体的计算方式为：

利用静力隐式求解模块，获得在温度载荷与离心力载荷共同作用下圆锯片内部生成的应力场；

利用振动模态求解模块，获得在温度载荷与离心力载荷共同作用下的圆锯片的固有频率与振动模态。

进一步地，得到的振动模态用节圆数m和节径数n进行表征。

进一步地，所述步骤S400具体过程为：

逐步增加圆锯片外缘的温度载荷，并计算圆锯片转动频率和节径数n之间的乘积；

当圆锯片转动频率×节径数接近圆锯片相应振动模态对应的固有频率时，判断圆锯片发生共振失稳；

记录此刻圆锯片外缘的温度为临界温度载荷，圆锯片相应振动模态即为圆锯片共振失稳模态。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明操作简单，计算效率高，圆锯片的设计人员，可以通过对圆锯片基体孔、槽结构的调整，提高圆锯片的临界温度载荷，从而提高圆锯片的使用寿命；圆锯片的使用人员，可以根据圆锯片的临界温度载荷，通过监测锯切中圆锯片的温度场判断圆锯片的工作状态，及时停机对圆锯片进行冷却处理，为圆锯片的使用保护提供理论基础。

附图说明

图1为本发明的圆锯片结构示意图；

图2为本发明的圆锯片径向温度分布示意图；

图3为本发明的圆锯片网格划分示意图

图4为本发明的圆锯片(m＝0，n＝3)的振动模态示意图；

图5为本发明预测方法工作流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图4所示，本发明提供了一种木工圆锯片外缘临界温度载荷的预测方法，包括如下步骤：

S100、将圆锯片设计图纸导入软件中，并给定材料参数，方便对圆锯片建模处理；

所述步骤S100中导入过程为：

选择并打开ABAQUS软件或其他有限元软件；

选择合格大小的圆锯片设计图，导入选择的软件中，此处的圆锯片设计图选择以在软件中图像清晰、无明显瑕疵且大小比例适中的图片，这样方便在后续的建模过程清楚直观的观察具体过程；

调整比例得到圆锯片模型，根据需要调节比例，得到圆锯片模型。

同时圆锯片设计图的导入并不限于上述方式，其导入过程还可以为：直接选择ABAQUS或其他有限元软件对圆锯片进行几何建模，之后对建立的几何模型进行网格划分。

需要说明的是，圆锯片设计图的导入方式并不仅限于上述方式，也可以其它合理的方式。

所述步骤S100中，给定的材料参数包括圆锯片基体材料的弹性模量、泊松比和密度，通过给定圆锯片基体材料的弹性模量、泊松比和密度，在后续的计算过程中提供数据基础和对比基准，方便计算和对比。

S200、划分圆锯片区域并分别施加不同的外部作用；

所述步骤S200的具体过程为：

划分圆锯片模型区域，将圆锯片法兰盘对应区域划分为约束区域，圆锯片法兰盘意外的区域划分为离心区域，将圆锯片基体划分为温度区域；

给圆锯片的约束区域施加固定约束，给离心区域施加旋转离心力载荷，给温度区域施加温度分布载荷，对于施加的温度分布载荷，其温度从圆锯片外缘向法兰盘外缘线性递减，圆锯片法兰盘外缘温度保持为环境温度。

S300、通过计算求解得到圆锯片内部应力场、固有频率和振动模态；

所述步骤S300中，具体的计算方式为：

利用静力隐式求解模块，获得在温度载荷与离心力载荷共同作用下圆锯片内部生成的应力场；

利用振动模态求解模块，获得在温度载荷与离心力载荷共同作用下的圆锯片的固有频率与振动模态。

得到的振动模态用节圆数m和节径数n进行表征。

S400、改变载荷条件并重复步骤S200和S300，直至达到共振失稳并得到参数。

所述步骤S400具体过程为：

逐步增加圆锯片外缘的温度载荷，并计算圆锯片转动频率和节径数n之间的乘积；

当圆锯片转动频率×节径数接近圆锯片相应振动模态对应的固有频率时，判断此时圆锯片发生共振失稳；

记录此刻圆锯片外缘的温度为临界温度载荷，圆锯片相应振动模态即为圆锯片共振失稳模态，从而得到预测的圆锯片外缘临界温度载荷，完成预测过程。

实施例

以外缘直径355mm、法兰盘直径120mm、厚度为2.2mm的木工圆锯片为例，圆锯片基体钢材为75Cr1，弹性模量为210GPa，泊松比0.3，密度为7.8g/cm3。

将圆锯片的设计图纸导入到ABAQUS或其他有限元软件中，或者直接通过ABAQUS或其他有限元软件对圆锯片进行几何建模，如图1所示。

图1中，1为圆锯片法兰盘的外缘，给圆锯片法兰盘的外缘施加固定约束。

圆锯片的工作转速为3000转/分钟，因此它的转动频率为50Hz，给圆锯片基体施加旋转离心力。

圆锯片圆周方向的温度为均匀分布，给圆锯片基体半径方向施加线性分布的温度载荷，如图2所示，圆锯片法兰盘外缘的温度为环境温度，为20℃，越靠近圆锯片外缘，温度线性增加，圆锯片的外缘温度可以不断调整。

圆锯片网格划分后的示意图如图3所示：

一般的，圆锯片发生共振失稳的模态在(m＝0,n＝1)～(m＝0,n＝3)之间，圆锯片转动频率×n为50、100、150Hz，如表1所示，当圆锯片外缘温度为100℃时，(m＝0,n＝3)振动模态对应的固有频率为149Hz，圆锯片转动频率×n恰好为150Hz，两者非常接近，这说明当圆锯片外缘的温度为100℃时，圆锯片出现了共振失稳的现象，振动模态如图4所示，圆锯片外缘的临界温度载荷即为100℃，圆锯片的使用者可以通过监测圆锯片外缘的实时温度，及时对圆锯片进行冷却处理。

圆锯片外缘温度与各阶振动模态对应的固有频率的关系如下表格所示，其中单位为Hz：

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (9)

1.一种木工圆锯片外缘临界温度载荷的预测方法，其特征在于：包括如下步骤：

S100、将圆锯片设计图纸导入软件中，并给定材料参数；

S200、划分圆锯片区域并分别施加不同的外部作用；

S300、通过计算求解得到圆锯片内部应力场、固有频率和振动模态；

S400、改变载荷条件并重复步骤S200和S300，直至达到共振失稳并得到参数。

2.根据权利要求1所述的一种木工圆锯片外缘临界温度载荷的预测方法，其特征在于：所述步骤S100中导入过程为：

选择并打开ABAQUS软件或其他有限元软件；

选择合格大小的圆锯片设计图，导入选择的软件中；

调整比例得到圆锯片模型。

3.根据权利要求1所述的一种木工圆锯片外缘临界温度载荷的预测方法，其特征在于：所述步骤S100的导入过程还可以为：直接选择ABAQUS或其他有限元软件对圆锯片进行几何建模，之后对建立的几何模型进行网格划分。

4.根据权利要求1所述的一种木工圆锯片外缘临界温度载荷的预测方法，其特征在于：所述步骤S100中，给定的材料参数包括圆锯片基体材料的弹性模量、泊松比和密度。

5.根据权利要求1所述的一种木工圆锯片外缘临界温度载荷的预测方法，其特征在于，所述步骤S200的具体过程为：

S201、划分圆锯片模型区域，将圆锯片法兰盘对应区域划分为约束区域，圆锯片法兰盘意外的区域划分为离心区域，将圆锯片基体划分为温度区域；

S202、给圆锯片的约束区域施加固定约束；

S203、给离心区域施加旋转离心力载荷；

S204、给温度区域施加温度分布载荷。

6.根据权利要求5所述的一种木工圆锯片外缘临界温度载荷的预测方法，其特征在于：所述步骤S204中，温度从圆锯片外缘向法兰盘外缘线性递减，圆锯片法兰盘外缘温度保持为环境温度。

7.根据权利要求1所述的一种木工圆锯片外缘临界温度载荷的预测方法，其特征在于，所述步骤S300中，具体的计算方式为：

利用静力隐式求解模块，获得在温度载荷与离心力载荷共同作用下圆锯片内部生成的应力场；

利用振动模态求解模块，获得在温度载荷与离心力载荷共同作用下的圆锯片的固有频率与振动模态。

8.根据权利要求7所述的一种木工圆锯片外缘临界温度载荷的预测方法，其特征在于：得到的振动模态用节圆数m和节径数n进行表征。

9.根据权利要求1所述的一种木工圆锯片外缘临界温度载荷的预测方法，其特征在于，所述步骤S400具体过程为：

逐步增加圆锯片外缘的温度载荷，并计算圆锯片转动频率和节径数n之间的乘积；

当圆锯片转动频率×节径数接近圆锯片相应振动模态对应的固有频率时，判断圆锯片发生共振失稳；

记录此刻圆锯片外缘的温度为临界温度载荷，圆锯片相应振动模态即为圆锯片共振失稳模态。