风电叶片磨削加工中磨削力及表面成形过程研究

【摘要】：随着风电产业的发展，风力发电机组容量逐渐增加，风电叶片体积也在不断增大。在大型风电叶片的生产过程中通常需要经过两道对叶片表层的打磨工序。传统的生产现场需要多名工人使用气动打磨机手工打磨，加工效率低下的同时工作现场产生大量的粉尘对环境造成污染，危害着工人的健康。因此，研究磨削加工机理，寻找一种最优的加工方式进行磨削加工，可以降低工人劳动强度，减轻现场恶劣的工作环境。 论文首先介绍了磨削加工机理研究的理论现状，对磨削加工中的各项参数进行了分析。选定从单颗磨粒对聚氨酯底漆的磨削加工分析入手，把工件分解成弹性和塑性两个变形区，建立了单颗磨粒切削的力学模型。然后使用有限元软件建立了单颗磨粒切除工件的材料去除模型，通过数值模拟对比了不同磨粒形态、磨削速度和磨削深度等情况下磨粒的受力和工件材料的变形情况以及内部温度场状态。 然后分析了砂盘表面参与磨削加工磨粒的划分情况，应用建立的单颗磨粒磨削加工模型的受力分析，考虑到磨粒与结合剂之间的作用建立了加工过程中的磨粒退让模型和磨粒脱落模型。考虑模型中工件材料去除过程的理想化，建立了工件表面粗糙度补偿模型。根据砂盘表面磨粒的划分情况，结合产生滑擦力和切削力的磨粒，建立了砂盘整体磨削力的表达式。 最后针对砂盘加工过程中工件表面粗糙度的形成过程进行了研究。通过高斯粗糙表面模拟了砂盘表面磨粒的分布，与实际测量参数进行对比，验证了模拟的可行性。应用生成的砂盘表面对工件材料进行了理想状态下的磨削加工试验。对磨削加工过程中材料表面的粗糙度随加工次数的变化情况进行了分析。对砂盘表面形貌生成过程使用Matlab编程并设计了用户图形界面，为进一步完善磨削模型打下基础。 【关键词】：磨削加工 磨削力 有限元分析 形貌模拟 表面粗糙度
【学位授予单位】：河北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TG580.6
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 引言10-12
• 1.1.1 课题研究的背景10
• 1.1.2 课题研究的目的及意义10-12
• 1.2 磨削加工材料去除模型研究概况12-13
• 1.2.1 基于 Preston 方程的材料去除模型12
• 1.2.2 基于 Archard 磨损理论的模型12-13
• 1.2.3 基于单颗磨粒切削及概率分布的材料去除模型13
• 1.3 风电叶片防护涂层简介13-15
• 1.4 国内外磨削仿真加工研究概况15-18
• 1.4.1 磨削过程中的几何建模15-16
• 1.4.2 磨削过程中的物理建模16-17
• 1.4.3 磨削过程中的数值模拟17-18
• 1.5 本课题主要研究内容与难点18-20
• 第二章 磨削加工参数和磨削过程20-32
• 2.1 引言20
• 2.2 磨粒切削刃的形状和分布20-24
• 2.2.1 磨粒切削刃的形状20-22
• 2.2.2 磨粒切削刃的分布22-24
• 2.3 磨削加工材料去除过程24-26
• 2.4 磨削过程的几何参数26-31
• 2.4.1 接触弧长和磨削厚度26-27
• 2.4.2 磨粒的磨屑厚度27-30
• 2.4.3 砂轮的当量直径30-31
• 2.4.4 磨削比31
• 2.5 本章小结31-32
• 第三章 单颗磨粒磨削力分析及数值仿真32-50
• 3.1 引言32
• 3.2 单颗磨粒切削物理模型32-34
• 3.3 单颗磨粒切削力学模型34-37
• 3.4 单颗磨粒磨削的数值模拟37-48
• 3.4.1 Deform 简介37-38
• 3.4.2 模拟过程38-41
• 3.4.3 模拟结果分析41-48
• 3.5 本章小节48-50
• 第四章 结合单颗磨粒的总体磨削力模型50-60
• 4.1 引言50
• 4.2 磨削区域内动态磨粒的概率统计模型50-51
• 4.3 磨粒磨削过程中的退让模型51-53
• 4.4 磨粒脱落临界深度的模型53-54
• 4.5 考虑塑性变形的粗糙表面的修正模型54-57
• 4.6 磨削力分解模型57-59
• 4.6.1 总滑擦力模型57-58
• 4.6.2 总切削力模型58
• 4.6.3 总磨削力模型58-59
• 4.7 本章小结59-60
• 第五章 加工材料表面成形过程模拟60-76
• 5.1 引言60
• 5.2 砂盘表面模拟的基本理论及建模60-65
• 5.2.1 模拟的目标和过程60-61
• 5.2.2 建立砂盘表面61-65
• 5.3 粗糙表面加工过程及结果分析65-72
• 5.3.1 砂盘加工过程描述65-68
• 5.3.2 对加工表面粗糙度的分析68-72
• 5.4 GUI 界面设计72-74
• 5.4.1 GUI 简介72
• 5.5.2 模拟系统界面设计72-74
• 5.5 本章小结74-76
• 第六章 总结76-78
• 6.1 总结76-77
• 6.2 展望77-78
• 参考文献78-82
• 攻读学位期间所取得的相关科研成果82-84
• 致谢84

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