淺析丙烯酸脂有機(jī)玻璃對(duì)刀具碎片的防護(hù)
從鋸床的性能指標(biāo)可以看到鋸片的轉(zhuǎn)速很高，因此鋸床的安全防護(hù)就必須慎重考慮。將鋸床的改性丙烯酸脂有機(jī)玻璃防護(hù)罩作為被侵徹的介質(zhì)，將刀具的碎片作為侵徹物體，對(duì)碎片從不同的角度以刀具旋轉(zhuǎn)時(shí)的最高線速度侵徹改性丙烯酸脂有機(jī)玻璃的過(guò)程進(jìn)行了模擬計(jì)算。實(shí)際應(yīng)用表明此方法簡(jiǎn)單有效。
利用ANSYS／LS＿DYNA的動(dòng)力學(xué)分析功能對(duì)GS3050型超高速數(shù)控鋸床安全防護(hù)罩的抗沖擊能力進(jìn)行了數(shù)值分析，對(duì)刀具碎片侵徹有機(jī)玻璃的過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬。結(jié)果表明。數(shù)值分析和試驗(yàn)的結(jié)果吻合。1477號(hào)節(jié)點(diǎn)的UX、UY、UZ位移時(shí)間歷程式中，M為集中質(zhì)量矩陣，P為內(nèi)力矢量，F(xiàn)為外力矢量，x$為加速度矢量。式（8）中加入阻尼項(xiàng)后和材料動(dòng)態(tài)本構(gòu)方程一起構(gòu)成問(wèn)題的全部方程。模型的建立和分析由于侵徹問(wèn)題屬于大變形、高壓和高應(yīng)變率問(wèn)題，因此對(duì)這類問(wèn)題的數(shù)值模擬，采用合理的材料模型是重要的前提條件。根據(jù)改性丙烯酸脂有機(jī)玻璃材料的特點(diǎn)，在刀具碎片沖擊過(guò)程中，防護(hù)罩材料發(fā)生塑性屈服前，應(yīng)力、應(yīng)變由第一段直線描述，在材料發(fā)生塑性屈服后，應(yīng)力、應(yīng)變由第二段直線描述，當(dāng)材料的應(yīng)變達(dá)到失效應(yīng)變時(shí)，材料發(fā)生失效，失效單元被刪除。b刀具材料為高速鋼。刀具碎片的最高入射速度為138.16m／s，入射角度選擇了90°、75°、45°，有機(jī)玻璃厚度選擇8mm、12mm、10mm.由于防護(hù)罩的曲率很小，建模時(shí)簡(jiǎn)化為平面。為了減少計(jì)算時(shí)間，根據(jù)模型的對(duì)稱性，實(shí)際計(jì)算時(shí)取整個(gè)模型的1／2進(jìn)行有限元分析。網(wǎng)格的劃分采用局部加密的方式，將被侵徹部位以及碎片的網(wǎng)格進(jìn)行了加密處理，以使計(jì)算的結(jié)果更加精確。碎片共劃分了256個(gè)單元，防護(hù)罩共劃分了6306個(gè)單元。建立的有限元模型如。計(jì)算結(jié)果與分析應(yīng)用前面建立的模型對(duì)刀具碎片侵徹鑄造改性丙稀酸脂防護(hù)罩進(jìn)行分析，研究刀具碎片撞擊防護(hù)罩時(shí)的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)，并依據(jù)計(jì)算結(jié)果得到能夠滿足工程需要的防護(hù)罩厚度。防護(hù)罩厚度尺寸的選擇計(jì)算所得的結(jié)果如所示。
從計(jì)算結(jié)果可以看出，刀具碎片入射角度為90°時(shí)其穿透能力最強(qiáng)，并且當(dāng)防護(hù)罩的厚度加大到12mm后，碎片沒有穿透防護(hù)罩。進(jìn)而取防護(hù)罩厚度為10mm＝（8mm＋12mm）／2進(jìn)行計(jì)算，在入射角為90°時(shí)防護(hù)罩被擊穿。因此，可以認(rèn)為12mm某鑄造改性丙稀酸脂防護(hù)罩可以抵御138.16m／s的刀具碎片的沖擊而不破壞。防護(hù)罩上1477號(hào)節(jié)點(diǎn)位移曲線分析為入射角度為90°，防護(hù)罩厚度為12mm時(shí)的位移時(shí)間歷程曲線?？梢钥闯觯旱毒咚槠_始接觸防護(hù)罩的時(shí)間為0.008s，之后防護(hù)罩在侵徹的過(guò)程中不斷地發(fā)生受力變形和反彈變形。被侵徹部位的1477號(hào)節(jié)點(diǎn)在不斷地圍繞其平衡點(diǎn)振蕩，最大振蕩位移為UY＝0.035mm，UX＝0.08mm，UZ＝1.0mm.數(shù)值分析結(jié)果與實(shí)際試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比刀具破損情況和刀具碎片撞擊防護(hù)罩被攔截的情況從實(shí)際試驗(yàn)情況可以看出，采用12mm鑄造改性丙烯酸脂有機(jī)玻璃的防護(hù)罩可以抵御刀具碎片的沖擊而不被擊穿，表明分析時(shí)選用的材料模型和建立的有限元模型是合理的。為安全起見，實(shí)際應(yīng)用中選擇了厚度為15mm的鑄造改性丙稀酸脂有機(jī)玻璃。結(jié)論通過(guò)建立鋸床防護(hù)罩和刀具碎片的有限元模型，并選擇合適的材料模型，對(duì)刀具碎片侵徹防護(hù)罩的過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值分析。結(jié)果表明，采用12mm的某鑄造改性丙烯酸脂有機(jī)玻璃可以抵御最高侵徹速度為138.16m／s的刀具碎片的沖擊，數(shù)值計(jì)算的結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果相符。從而為類似的安全分析提供了新的方法。
