具有等距密排微小孔的穿刺模板力學(xué)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、具有等距密排微小孔結(jié)構(gòu)的穿刺模板用在正交疊層碳布織機上，在制造碳纖維立體織物的整體穿刺工藝中起到重要作用。在整個穿刺過程中，要求穿刺模板必須保證足夠的剛度，幾乎不能出現(xiàn)板面上的彎曲變形;進一步需要減小穿刺模板的質(zhì)量，從而減小其往復(fù)慣性力，減小整個機構(gòu)的振動和噪聲。由于穿刺模板上開有近千個緊密排列的微小孔，其剛度被極大的削弱，直接用有限元軟件也無法處理，基于此本文針對穿刺模板力學(xué)分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計展開了研究。
　　本文采用當量板理論

2、，用當量實心板代替具有密排微小孔的穿刺模板，用兩種方法求出了穿刺模板等效彈性模量的表達式，一種是從細觀層次出發(fā)用漸進均勻化方法，另一種是從宏觀角度采用薄板彎曲理論。隨后結(jié)合有限元分析依托ANSYS平臺，求出多種規(guī)格穿刺模板的開孔率剩余彈性模量曲線。
　　利用當量實心板對穿刺模板進行力學(xué)分析，經(jīng)靜力學(xué)分析得出了穿刺模板的撓度，進一步求出了等效板厚的估算公式;經(jīng)動力學(xué)分析得出了穿刺模板的振動特性，進一步討論了開孔率對穿刺模板固有頻率和

3、振動模態(tài)的影響，研究發(fā)現(xiàn)隨著開孔率的增加，穿刺模板的固有頻率降低。
　　穿刺模板的結(jié)構(gòu)優(yōu)化仍利用穿刺模板的當量實心板，借助ANSYS APDL進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。在簡要介紹ANSYS優(yōu)化模塊里子問題逼近法和一階尋優(yōu)法的理論之后，具體闡述了穿刺模板的優(yōu)化模型和流程，經(jīng)上述兩種方法得出了穿刺模板厚度的兩個最優(yōu)解，總結(jié)了在使用ANSYS進行優(yōu)化設(shè)計時所遇到的典型問題，分析了形成原因并提出了解決方法。
　　由于在求解等效彈性模量時需要

4、使用有限元方法離散，所求等效彈性模量的準確性與單元的選取和節(jié)點的數(shù)量密切相關(guān)。因此本論文設(shè)計了實驗以測試穿刺模板的開孔率剩余彈性模量曲線上的特征數(shù)據(jù)點。經(jīng)實驗驗證，開孔率在20％～50％時，漸進均勻化解、薄板理論解和實驗結(jié)果三者數(shù)值吻合的較好;當開孔率高于50％時，漸進均勻化解更接近實驗所得。整體上看，在個數(shù)據(jù)點處等效彈性模量的漸進均勻化解均低于實驗值，表明細觀漸進均勻化方法更為可靠，而當開孔率不高時采用薄板彎曲理論求等效彈性模量時有操