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基于ANSYSWorkbench的机械刻划弹性刀架动态特性分析
摘要
本文基于ANSYSWorkbench软件，对一种机械刻划弹性刀架进行了动态特性分析。首先，运用SolidWorks软件绘制了刀架的三维模型，并导入ANSYSWorkbench软件中进行有限元建模，并进行网格划分和材料特性的定义。其次，利用ANSYSWorkbench中的Modal分析进行了系统的固有频率计算。最后，通过TransientStructural分析，对刀架在实际工作中的动态特性进行了仿真模拟，得出了刀架的位移、速度和加速度等运动参数，为刀架在实际生产中的使用提供了参考依据。
关键词：ANSYSWorkbench，机械刻划，弹性刀架，动态特性分析
Abstract
BasedonANSYSWorkbenchsoftware,thispaperanalyzesthedynamiccharacteristicsofamechanicalengravingelasticknifeholder.Firstly,thethree-dimensionalmodeloftheknifeholderwasdrawnbySolidWorkssoftware,andthenimportedintoANSYSWorkbenchsoftwareforfiniteelementmodeling,meshingandmaterialpropertydefinition.Then,theModalanalysisfunctioninANSYSWorkbenchwasusedtocalculatethenaturalfrequencyofthesystem.Finally,throughTransientStructuralanalysis,thedynamiccharacteristicsoftheknifeholderinactualworkweresimulatedandthemotionparameterssuchasdisplacement,velocityandaccelerationoftheknifeholderwereobtained,providingareferenceforthepracticaluseoftheknifeholderinproduction.
Keywords:ANSYSWorkbench,mechanicalengraving,elasticknifeholder,dynamiccharacteristicanalysis
导言
机械刻划技术是一种高效的数字化制版技术，具有较高的精度和生产效率。在机械刻划过程中，弹性刀架作为刀具的支撑和控制部分，是整个机械刻划系统的核心部分，在刀架的设计和制造过程中，对其动态特性的分析和优化显得尤为重要。利用ANSYSWorkbench软件进行动态特性分析，可以更直观的了解到弹性刀架在工作中的运动状态和参数等信息，进而对其设计和制造提供重要的技术支持和指导。
1.刀架的有限元建模
在进行动态特性分析前，需要先建立弹性刀架的有限元模型。本研究使用SolidWorks软件对刀架进行了三维建模，并将模型导入到ANSYSWorkbench软件中进行有限元分析。
1.1刀架的三维建模
利用SolidWorks软件绘制了刀架的三维模型，如图1所示。
图1刀架三维模型
1.2刀架的有限元建模
将刀架的三维模型导入到ANSYSWorkbench软件中进行有限元建模，包括以下步骤：
1）选择适当的单元类型：由于刀架结构比较复杂，因此采用Tetrahedral（四面体）元素进行网格划分，较好地模拟了刀架的弹性特性。
2）定义材料特性：根据实际情况，采用钢材料作为刀架的材料，其杨氏模量为210GPa，泊松比为0.3。
3）设置边界条件：为了模拟实际工况，模型的底部被固定不动，顶部为受力区域。
最终建立了刀架的有限元模型，如图2所示。
图2刀架有限元模型
2.刀架的固有频率分析
刀架的固有频率是指在无外界荷载作用下，物体自由振动的频率。通过对刀架的固有频率进行分析，可以了解到系统在无外界荷载作用下的自振情况，进而为系统的设计和制造提供支持。在ANSYSWorkbench软件中，可以通过Modal分析功能来计算系统的固有频率。本研究采取了如下步骤进行固有频率分析：
1）选取合适的求解器：由于刀架的固有频率计算是一种特殊的求解问题，所以选择了BlockLanczos方法进行计算，该方法可以快速准确地计算大型系统的固有频率。
2）设置计算参数：对系统的计算参数进行设置，包括选择优化求解器、设定承载能力、释放容差、求解方法等，以求得准确的结果。
3）计算并分析：利用Modal分析功能对刀架进行计算，并分析系统的固有频率，得到了刀架的前