气缸活塞杆与衬套间冲击的仿真研究

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1、气缸活塞杆与衬套间冲击的仿真研究锅东云2016年1月中图分类号：TH138.51UDC分类号：621.5气缸活塞杆与衬套间冲击的仿真研究作者姓名锅东云学院名称自动化学院指导教师王涛副教授答辩委员会主席王军政教授申请学位工学硕士学科专业控制科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2016年1月SimulationStudyonImpactofCylinderPistonRodandBushCandidateName：DongyunGuoSchoolorDepartment:SchoolofAu

2、tomationFacultyMentor:AssociateProf.TaoWangChair,ThesisCommittee：Prof.JunzhengWangDegreeApplied:MasterofPhilosophyMajor：ControlandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：Jan，2016研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果

3、。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要气缸作为重要的气动执行元件，在工业生产等方面起着重要作用，能否有效提高气缸的寿命和使用效率具有重大的现实意义。在气缸的冲击过程中，气缸活塞以较高速度撞击到前端盖而突然停止时，活塞杆和衬套间会发生较大应力

4、，反复的碰撞将导致活塞杆和衬套产生不可避免的磨损，出现气体泄漏现象，进而影响气缸的性能和使用寿命，因此能否准确了解气缸的冲击运动特性是提高气缸性能和寿命的关键。本文运用建模仿真的方法，对气缸在冲击运行过程中各物理量的集中式参数和分布式参数的变化情况进行了深入分析。为了求解气缸冲击运行过程中的速度、位移、径向震荡、活塞杆和衬套间动态应力分布与形变状况，本文提出了一种运用Matlab与ANSYS/Ls-dyna对气缸运行和内部受力进行联合仿真的方法。首先运用Matlab对气缸进行数学建模与仿真，以获得

5、气缸内压力、位移和速度的仿真结果，其次将Matlab的结果作为仿真条件，加载在Ls-dyna中搭建的气缸仿真模型中，通过求解可以得到更为精确的位移和速度，以及径向震荡、活塞杆和衬套间动态应力分布和形变等情况。影响气缸的冲击运动特性的因素众多，其中活塞杆的冲击速度、负载、衬套宽度和活塞杆与衬套间的间隙是最为主要的四个影响因素，因此文中还运用控制变量法，分别分析了这四个因素对气缸应力分布和形变状况的影响，并结合分析结果与衬套材质的力学性能，进行了更深入的研究。仿真结果展现了气缸各个时刻的动态应力分布与

6、形变情况，从中还可以观察到气缸的径向震荡和反弹情况，以及气缸在整个冲击过程中位移和速度随时间的变化情况。仿真结果表明气缸冲击过程中，受到负载拖拽作用的影响，活塞与活塞杆出现明显的倾斜，导致气缸衬套与缸筒上呈现一些明显的受力点。气缸在不同的冲击速度和不同负载的影响下，其撞击时刻所承受的最大应力与形变呈现规律性变化，且与速度和负载近似成正比关系，间隙的增大与衬套宽度的减少都会导致气缸所受应力与形变增大。根据仿真得出的结论，可以推测出气缸正常工作时，速度、负载等的取值范围，最大限度上避免不可逆形变的出现

7、。关键词：衬套；应力；形变；Matlab；Ls-dynaI北京理工大学硕士学位论文AbstractAsanimportantpneumaticactuatorelement,thecylinderplaysanimportantroleinindustrialproduction,andithasgreatpracticalsignificancetoimprovethelifeandefficiencyofthecylinder.Intheimpactofthecylinder,whenthec

8、ylinderpistonimpacttothefrontendcoverwithahighspeedandsuddenlystop,thepistonrodandthebushwillhaveagreaterstress,repeatedcollisionwillleadtoinevitablewearandtearofthepistonrodandbush,producegasleakage,vibrationandotherphenomena,thenimpactthecyl