1、摘 要市場競爭的不斷加劇使得產(chǎn)品開發(fā)周期和綜合性能日益成為最關(guān)鍵之要素，而壓面機(jī)作為我國傳統(tǒng)食品機(jī)械行業(yè)最廣泛應(yīng)用的食品加工機(jī)械之一，卻由于新產(chǎn)品開發(fā)周期長，壓輥的成本高等因素，使產(chǎn)品更新緩慢甚至停滯不前，這與瞬息萬變的現(xiàn)代柔性化市場顯然背道而馳，仿真、虛擬設(shè)計等關(guān)鍵技術(shù)的日臻成熟完善為解決這些問題提供了思路和方法。本文主要針對壓面機(jī)這一常用炊具機(jī)械，從實際工作需求分析著手，針對現(xiàn)有產(chǎn)品中成本高，設(shè)計復(fù)雜等關(guān)鍵技術(shù)問題，依托三維建模，仿真及虛擬技術(shù)，設(shè)計開發(fā)一種新型壓面機(jī)壓輥并對壓面過程進(jìn)行仿真，旨在滿足市場需求，推動企業(yè)創(chuàng)新步伐。 為此，本文主要進(jìn)行了如下五方面研究：一、首先簡單介紹了虛擬樣

2、機(jī)及仿真技術(shù)的基本理論，回顧了國內(nèi)外在此方面的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，論證了將虛擬樣機(jī)及仿真技術(shù)應(yīng)用于新型壓面機(jī)設(shè)計的可行性及必要性。二、對壓面機(jī)的執(zhí)行部分壓輥進(jìn)行分析，考慮不同的條件下壓面過程的改變，并對面團(tuán)在壓輥中的受力進(jìn)行分析。三、以ABAQUS軟件為平臺，建立新型壓面機(jī)壓輥的三維模型，然后對面團(tuán)進(jìn)行模擬建模，在進(jìn)行虛擬的裝配添加約束條件，建立壓面過程的模型。四、通過ABAQUS軟件的后處理模塊對設(shè)置的參數(shù)進(jìn)行改變看面團(tuán)的受力變化，變形延壓效果等。分析壓輥對壓面過程的影響。五、對課題進(jìn)行總結(jié)并指出進(jìn)一步研究思路。關(guān)鍵字：虛擬樣機(jī) 壓面機(jī) 參數(shù)化建模 仿真 ABSTRACTMarket com

3、petition intensifies unceasingly，which makes the product development cycle and the synthetic performance become the most essential factors day by day. But as one of widely used food machinery, dough pressuring machine renews slowly and even bogs down because of the long development cycle and the hig

4、h cost and so on. Obviously, it runs against with the fast changing market. Recently, simulation and virtual design technology have becoming perfect gradually, which provide a train of thought and a way to solve these problems.Aim at the dough pressuring machineone of widely used food machinery,. Be

5、ginning from the practical work demand analysis, in view of the key technical matters of existing product insufficiency, this paper is intended to design and develop a kind of new dough pressuring machine and then optimize the machine, the purpose of this paper is to satisfy the market demand and im

6、pel the step of enterprise innovation. Therefore, this paper mainly carried on the following five aspects to study: Firstly, elementary theory about simulation and virtual prototype technology was introduced; the present situation and prospect in these fields were reviewed; the feasibility and the n

7、ecessity of this subject were proved also.Secondly, take analysis to the dough pressuring machines implementation part of rolls,taking into account different conditions of the process of change in pressure,and roll dough in furce in the analysis. Thirdly, taking three-dimensional modeling software A

8、BAQUS as platform, the 3D models of rolls. And then simulation modeling dough ,add the assembly in the virtual condition, the establishment of the model surface pressure.Fourthly, through the ABAQUS software of the visualization module to change the parameters set to see changes such as deformation

9、of the extension in the effect of pressure. Analysis hao the rolls effect the process of the pressure doughsurface.Finally, this paper gave a summarization of the subject and pointed out the direction of further study.Key character： virtual prototype；dough kneading machine；parameter modeling； simula

10、tion第一章 課題的提出及工作方案的制定1.1 課題研究背景及意義仿真技術(shù)是以控制理論、相似原理、數(shù)模與計算技術(shù)、信息技術(shù)、系統(tǒng)技術(shù)及其應(yīng)用領(lǐng)域相關(guān)專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計算機(jī)和多種專用物理效應(yīng)設(shè)備為工具，借助系統(tǒng)模型，對實際的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)試驗研究的一門新興綜合性技術(shù)。其特點是它屬于一種可控制的、無破壞性的、耗費小的、并允許多次重復(fù)的試驗手段。它以其高效、優(yōu)質(zhì)、低廉體現(xiàn)其強(qiáng)大的生命力和潛在的能力，是迄今為止最有效的經(jīng)濟(jì)的綜合集成方法，是推動技術(shù)進(jìn)步的戰(zhàn)略技術(shù)。據(jù)最新的統(tǒng)計資料表明，計算機(jī)仿真技術(shù)是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的實用技術(shù)之一。工程系統(tǒng)仿真作為虛擬設(shè)計技術(shù)的一部分，與控制仿真、視景仿真、結(jié)

11、構(gòu)和流體計算仿真、多物理場以及虛擬布置和裝配維修等技術(shù)一起，在貫穿產(chǎn)品的設(shè)計、制造和運(yùn)行維護(hù)改進(jìn)乃至退役的全壽命周期技術(shù)活動中，發(fā)揮著重要的作用，同時也在滿足越來越高和越來越復(fù)雜的要求4。仿真設(shè)計、虛擬設(shè)計的提出和發(fā)展，使得產(chǎn)品研發(fā)周期大大縮減，極大地節(jié)省了人力、物力，設(shè)計柔性化大大增強(qiáng)，這也是現(xiàn)在機(jī)械行業(yè)發(fā)展的必然要求。而壓面機(jī)作為一種常用炊具機(jī)械，近年來，隨著我國炊具機(jī)械行業(yè)的迅速發(fā)展以及人們對食品產(chǎn)業(yè)不斷擴(kuò)大、日益提高的需求，笨重的結(jié)構(gòu)、高昂的成本以及傳統(tǒng)的產(chǎn)品開發(fā)模式已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)代柔性化的市場，結(jié)構(gòu)輕便、高效環(huán)保、使用并維護(hù)方便的新型壓面機(jī)的設(shè)計開發(fā)必要而又重要。作為壓面機(jī)的關(guān)鍵

12、部件軋輥的設(shè)計尤為關(guān)鍵。此課題正是在分析現(xiàn)有常用壓面機(jī)壓面情況，依托仿真及虛擬技術(shù)，研究一種新型壓面機(jī)輥，以滿足市場需求，推動企業(yè)創(chuàng)新步伐。1.2 壓面機(jī)壓輥的設(shè)計分析 新型壓面機(jī)虛擬軋輥建模以ABAQUS軟件為平臺對軋輥進(jìn)行基本建模并進(jìn)行虛擬裝配。 新型壓面機(jī)壓輥壓面的有限元分析由于壓面機(jī)軋輥成本較高，對其壓面情況及面團(tuán)的變化進(jìn)行分析以選擇合理的直徑和轉(zhuǎn)速提高效率節(jié)約成本。利用ABAQUS軟件進(jìn)行壓面過程的有限元分析，觀察面團(tuán)力線圖，分析受力情況。根據(jù)受力得出設(shè)計方案的優(yōu)劣，優(yōu)化設(shè)計結(jié)果。1.3 本章小結(jié)本章討論了課題研究的背景及意義，及基本的課題內(nèi)容。第二章 相關(guān)研究概論2.1 壓面機(jī)等炊

13、具機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀及前景 食品工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中歷來占有舉足輕重的地位,是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一。在食品工業(yè)中,為之提供加工設(shè)備的屬食品機(jī)械工業(yè),其在日常生活中占據(jù)重要地位,涉及到千家萬戶。食品機(jī)械是社會上使用頻率最高的機(jī)械設(shè)備之一,其各項使用指標(biāo)及內(nèi)在、外在質(zhì)量對人們?nèi)粘Ｉ疃紝a(chǎn)生重要影響。壓面機(jī)是面條加工機(jī)械中的一種關(guān)鍵設(shè)備。它的的功能是將和面機(jī)中混合均勻的面粉經(jīng)過多次軋輥的軋壓，碾壓后制成一條質(zhì)地均勻的面片，供下到工序切片。在壓面設(shè)備中連續(xù)壓片機(jī)和復(fù)合壓片機(jī)的壓輥是關(guān)鍵部件，它對提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量起至關(guān)重要的作用，它通過壓輥對面團(tuán)壓力和摩擦力的綜合作用對面片進(jìn)行拉伸，擠壓，使面片的空氣排

14、出進(jìn)而使里面的組織結(jié)構(gòu)更加致密均勻的融合在一起。在當(dāng)今信息時代,計算機(jī)已深入到各行各業(yè),其應(yīng)用日趨廣泛。食品機(jī)械的設(shè)計開發(fā)手段也由原來的以憑借經(jīng)驗、手工繪制為主逐漸向利用計算機(jī)進(jìn)行精確細(xì)致的理性分析轉(zhuǎn)變。要利用計算機(jī)進(jìn)行設(shè)計分析計算,首先必須將機(jī)械的有關(guān)造型準(zhǔn)確地在計算機(jī)上生成,然后模擬工作,進(jìn)行產(chǎn)品的動力學(xué)分析。2.2.ABAQUS產(chǎn)品簡單介紹有限元分析（Finite Element Analysis,FEA）是工程技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行科學(xué)計算的極為重要的方法之一，利用有限元分析可以獲得幾乎任意復(fù)雜工程結(jié)構(gòu)的各種機(jī)械性能信息，還可以直接就工程設(shè)計進(jìn)行評判，對各種工程事故進(jìn)行技術(shù)分析。有限元分析實現(xiàn)的

15、最后載體是經(jīng)過技術(shù)集成的有限元分析軟件，在眾多的有限元分析軟件，ABAQUS以其先進(jìn)的非線性分析技術(shù)和卓越的分析性能，以成為分析工程技術(shù)問題的首選軟件。ABAQUS是美國ABAQUS公司的產(chǎn)品。ABAQUS公司總部設(shè)在羅得島州普羅維登斯市，成立于1978年現(xiàn)已發(fā)展成世界知名有限元軟件公司，在北美歐洲亞太地區(qū)有40多個分公司和代表處。2005年5月ABAQUS公司與世界知名的在產(chǎn)品生命周期管理軟件方面擁有先進(jìn)經(jīng)驗的達(dá)索合并，并將共同開發(fā)新一代軟件分析平臺，也標(biāo)志著制造業(yè)統(tǒng)一有限元時代的來臨。ABAQUS是一套功能強(qiáng)大的進(jìn)行工程模擬的有限元軟件，其解決問題的范圍從相對簡單的線性分析到許多復(fù)雜的非線

16、性分析問題。ABAQUS包括一個豐富的可模擬任意幾何形狀的單元庫，并擁有各種類型的材料模型庫，可以模擬典型工程材料的性能，其中包括金屬橡膠高分子材料，復(fù)合材料，鋼筋混凝土，可壓縮泡沫超彈性材料以及土壤和巖石等地質(zhì)材料。作為通用的模擬工具，ABAQUS除了能解決大量機(jī)構(gòu)（應(yīng)力位移）問題，還可以模擬其他工程領(lǐng)域的許多問題，如熱傳導(dǎo)，質(zhì)量擴(kuò)散，熱電耦合分析，聲學(xué)分析，巖土力學(xué)分析及壓電介質(zhì)分析。ABAQUS被認(rèn)為是功能最強(qiáng)的有限元分析軟件之一，可以分析復(fù)雜的固體力學(xué)，結(jié)構(gòu)力學(xué)系統(tǒng)特別是能駕馭非常龐大復(fù)雜的問題和高度非線性問題。由于ABAQUS優(yōu)秀的分析能力和模擬復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性使得ABAQUS廣泛應(yīng)

17、用于世界各國的工業(yè)生產(chǎn)和研究設(shè)計中。2.3有限元分析23.1有限元分析的思想假象把連續(xù)系統(tǒng)分割成數(shù)目有限的單元，單元之間只在數(shù)目有限的指定點（節(jié)點）處相互連接，構(gòu)成一個單元集合體來代替原來的連續(xù)系統(tǒng)。在節(jié)點上引進(jìn)等效載荷（或邊界條件）來代替實際作用于系統(tǒng)上的外載荷。然后對每個單元有分塊近似的思想，按一定的規(guī)則建立求知未解量和節(jié)點相互作用之間的關(guān)系，最后把所有單元的特性關(guān)系按一定的條件，集合起來引入邊界條件，構(gòu)成一組以節(jié)點變量為未知量的代數(shù)方程組求解就得到有限個節(jié)點的帶求變量。所以有限元分析的實質(zhì)就是把具有無限個自由度的連續(xù)系統(tǒng)，理想為只有有限個自由度的單元集合體，使問題轉(zhuǎn)化為適合數(shù)值求解的結(jié)構(gòu)

18、型問題。顯然節(jié)點有限，單元數(shù)目也有限。有限元分析是物理現(xiàn)象的模擬，是對真實情況的數(shù)值近視通過對分析對象劃分網(wǎng)格，把具有無限個自由度的連續(xù)系統(tǒng)離散成只有有限個自由度的單元集合體，通過求解有限個數(shù)值來近視模擬真實環(huán)境的無限個未知量。有限元分析的步驟：1 問題及求解域定義 根據(jù)物理性質(zhì)近視確定求解域的物理性質(zhì)和集合區(qū)域。2 求解域離散化 將求解域近視為有限大小和形狀，且彼此相連的有限個單元組成的離散域，習(xí)慣上成為有限元網(wǎng)格劃分。3 確定狀態(tài)變量及控制方法 一個具體的物理問題通?？梢杂靡唤M包含問題狀態(tài)變量的微分方程式表示。為適合有限元求解通常把微分方程化成等價的泛函形式。4 單元推導(dǎo) 對單元構(gòu)造一個合

19、適的近視解，即推導(dǎo)有限單元的列式，其中包括選擇合適的單元坐標(biāo)系建立單元函數(shù)以某種方法給出單元狀態(tài)的離散關(guān)系從而形成許多單元矩陣。5 矩陣總裝 將單元總裝形成離散域的總矩陣方程，反映對近視求解域的離散域的要求?？傃b是在相鄰單元節(jié)點進(jìn)行，狀態(tài)變量及導(dǎo)數(shù)連續(xù)性建立在節(jié)點處。6 聯(lián)立方程組求解和結(jié)果解釋。2.4 ABAQUS/CAE簡介 ABAQUS/CAE界面 ABAQUS/CAE是ABAQUS人機(jī)交互處理模塊，該模塊提供了廣泛的建模環(huán)境和ABAQUS大部分的分析功能。 ABAQUS/CAE的主窗口如圖2-1所示包括以下幾個組成部分： 圖2-1 ABAQUS界面1 模型樹（model tree） 模

20、型樹直觀的顯示模型各個組成部分。通過模型樹可以對模型進(jìn)行操作使你可以方便的在個模塊間切換，實現(xiàn)菜單和工具箱大部分功能。2 標(biāo)題欄（title bar） 顯示ABAQUS/CAE的版本和當(dāng)前數(shù)據(jù)庫的名稱。3 環(huán)境欄（context bar） 包括一系列功能模塊。每個模塊完成有限元模型的特定功能，并實現(xiàn)不同模塊的切換。4 菜單欄(menu bar) 菜單欄包含所有當(dāng)前可以使用的菜單，不同的功能模塊菜單欄的內(nèi)容有不同的變化。5 圖形窗口 (viewport) 顯示用戶模型的窗口6 工具欄 (tool bar) 菜單功能的快捷使用方式7 工具箱(toolbox area) 當(dāng)前模塊使用頻繁的工具，也可

21、以通過模型樹來實現(xiàn)。8 提示區(qū)(prompt area) 各種操作的提示信息。9 信息區(qū)或命令行界面 (message area or command line intertace) 顯示當(dāng)前操作的信息和警告?；蚯袚Q命令行接口執(zhí)行特定命令。10 畫布作圖區(qū) (canvas and drawing area) 布置圖形窗口。2.4.2 ABAQUS/CAE各功能模塊1 在PART模塊可以創(chuàng)建幾何部件創(chuàng)建部件時采用一系列特征，包括拉伸，旋轉(zhuǎn)，掃掠，放樣，切除。而且可以對部件進(jìn)行刪除，復(fù)制，編輯等操作。2 ABAQUS/CAE提供了豐富的材料模型，除了常規(guī)的金屬塑性材料外，還能有效的模擬高分子材料，

22、復(fù)合材料，巖石等特殊材料。還允許用戶自己用別的程序自己定義材料模型。3 ABAQUS/CAE裝配模塊用戶可以用PART模塊的部件，組裝成一個裝配體。用戶可以生成把部件生成實例統(tǒng)一于整體坐標(biāo)系進(jìn)行組裝定位。4 分析步模塊 用戶可以在STEP中定義一系列分析步，控制求解過程改變輸入輸出數(shù)據(jù)，控制求解過程等操作。5 交互模塊可以指定個部件的相互接觸和約束關(guān)系。6 LOAD模塊可以指定載荷，邊界條件等狀況，但注意選擇合適的分析步。7 MESH模塊對部件劃分網(wǎng)格，定義單元形狀，類型，布置種子等操作。8 JOB模塊作業(yè)的建立，編輯，提交等操作。9 VISUALIZATION模塊后處理模塊顯示分析結(jié)果包括動

23、畫，曲線，云圖等內(nèi)容。25 ABAQUS的主要模塊 1 ABAQUS/CAE AQABAQUS/CAE是交互式圖形環(huán)境，利用它能夠快速有效地創(chuàng)建，編輯，監(jiān)控，診斷和后處理先進(jìn)的ABAQUS分析。ABAQUS/CAE將建模，分析，工作管理以及結(jié)果顯示集成于一個一致的，使用方便的環(huán)境中，使得初學(xué)者易于學(xué)習(xí)，經(jīng)驗豐富的用戶效率會更高。ABAQUS/CAE提供了一個廣泛全面的有限元建模交互環(huán)境，將各種功能集成在模塊及工具箱中，用戶界面具有互動性，一致性和直觀性。同時還提供最好的ABAQUS求解器的支持，ABAQUS用戶所熟悉的ABAQUS求解器的概念，如分析步，接觸和摩擦，截面特性，材料和幅值曲線等在

24、用戶界面中都非常直觀。另外，通過便利的工具可以檢測分析過程，通過一系列完整的結(jié)果可視化功能，能夠方便的生成，解釋和交流分析結(jié)果。 2 ABAQUS/STANDARD ABAQUS/STANDARD是一個通用分析模塊，能夠求解領(lǐng)域廣泛的線性非線性問題，包括靜力，動力，熱，電，聲以及復(fù)雜的非線性物理場耦合分析等。ABAQUS/STANDARD提供了動態(tài)載荷平衡的并行稀疏矩陣求解器，實現(xiàn)多達(dá)16個處理器的并行運(yùn)算，可以應(yīng)用于各種類型的分析。ABAQUS/STANDARD還提供了一個并行的LANCZOS特征值求解器，在大規(guī)模模型中可以快速有效地提取多階特征值，是線性動力學(xué)分析的重要工具，包括瞬態(tài)響應(yīng)，

25、諧波響應(yīng)，隨機(jī)響應(yīng)地震響應(yīng)譜分析。 3 ABAQUS/EXPLICIT ABAQUS/EXPLICIT是可以進(jìn)行顯示動態(tài)分析，適用于求解非線性動力學(xué)問題和準(zhǔn)靜態(tài)問題，特別是模擬短暫瞬時的動態(tài)問題，如跌落，爆炸，沖擊等。另外處于處理接觸高度非線性的準(zhǔn)靜態(tài)問題也非常有效，如模擬制造過程和能量吸收裝置的緩慢擠壓過程等。ABAQUS/EXPLICIT可以實現(xiàn)基于域分解的并行運(yùn)算，可以使用子模型技術(shù)，在大變形中可以使用自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)來避免求解過程的網(wǎng)格畸變，保證求解的順利進(jìn)行。26 ABAQUS中約定的符號 每種軟件在順利運(yùn)行中都有自己的一套變量，符號，表示值等方面的約束。因此使用軟件前要對這種要求注意

26、，下面簡單介紹ABAQUS中的符號。1 自由度符號 默認(rèn)情況下ABAQUS是以1，2，3等數(shù)字表示自由度的標(biāo)示符，在.inp文件中只能以它們表示自由度。2 坐標(biāo)系符號 ABAQUS采用的基本坐標(biāo)系是直角坐標(biāo)系，方向遵循右手法則。為了便于分析，用戶可以自行定義局部坐標(biāo)系，以便于建模定義材料，載荷，變量輸出等。3 單位符號 ABAQUS沒有單位的概念，它僅僅通過有限元方法對矩陣進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算而得到結(jié)果，理論上沒有什么物理意義。但人為地賦予物理意義以及物理定理的數(shù)學(xué)表示從而使ABAQUS求解出有意義的結(jié)果，由此看來用戶對數(shù)據(jù)變量的主觀把握是重要的，單位的一致性可以保證結(jié)果的正確。4 時間單位 ABAQ

27、US有兩種時間計法，一種是步時間，一種是總分析時間，除線性擾動外步時間是從每個分析步開始計算，而總分析時間是所有分析步的時間積累。27本章小結(jié) 本章開始介紹了壓面機(jī)的現(xiàn)狀，而后對有限元分析和ABAQUS軟件進(jìn)行簡單的介紹，對該軟件的用途有個基本的了解和認(rèn)識。第三章 壓面機(jī)壓輥設(shè)計分析3.1 壓面機(jī)壓輥的相關(guān)技術(shù) 壓輥的延壓原理壓片機(jī)構(gòu)是通過兩個壓輥的相對回轉(zhuǎn)，面團(tuán)在摩擦力和壓力的作用下在輥隙中擠壓延伸由于輥的間隙逐漸減小壓力和剪切作用逐漸加強(qiáng)，已完成面料在脫離壓輥后延展成厚薄均勻的面片。3.1.2 壓輥外徑尺寸大小合理選用壓輥的外徑尺寸對降低能耗提高產(chǎn)品質(zhì)量有很大的關(guān)系。將面團(tuán)壓制成面片需要耗

28、用很大的功率，一般選用較大的壓輥直徑約為120cm左右，轉(zhuǎn)速一般較慢50r/min。壓輥的直徑大相對的延壓時間長些，施加的壓力也較平緩，有利于面片的變形對提高面片的質(zhì)量如彈性，光滑度，對口感有很好的改善作用。 壓輥的材料原來采用普通鑄鐵，由于壓輥尺寸較大，鑄件常出現(xiàn)宿孔和疏松。而且硬度不夠，磨損較嚴(yán)重，面片很容易粘在壓輥上。由于壓輥在裝配時它的直徑大小是配合平衡齒輪的中心距的，可調(diào)節(jié)的范圍是比較小的，所以當(dāng)出現(xiàn)以上問題是壓輥就無法使用造成浪費。同時面團(tuán)中含有鹽，堿，及一些添加劑對壓輥有一定的腐蝕性減少了壓輥的壽命。通過多次試驗采用球墨鑄鐵作為壓輥材料，鑄造加工問題得到了解決，而且壓輥有了足夠的

29、剛度。壓輥表面經(jīng)調(diào)質(zhì)后能達(dá)到很高的硬度和光滑度，大大提高了壓輥的質(zhì)量。隨著科技發(fā)展，新材料逐漸應(yīng)用到壓輥表面，大大調(diào)高了壓輥的表面硬度和光滑度。3.2. 面團(tuán)導(dǎo)入力學(xué)條件分析 圖3-1 1，3 壓輥 2 面團(tuán) 設(shè)P為壓輥對物料產(chǎn)生的徑向力，T為面料受到的摩擦力，為面料和壓輥的摩擦角，為導(dǎo)入角即壓輥在接觸變形區(qū)對應(yīng)壓輥的中心角。f摩擦系數(shù)，H1和H2為面團(tuán)的導(dǎo)入前后的厚度。面團(tuán)導(dǎo)入輥隙的力學(xué)條件是TxPx，分析后得到(H1-H2)/1-f由此可知當(dāng)，面團(tuán)的厚度變化較小，或者摩擦系數(shù)較大時，面團(tuán)更易導(dǎo)入壓輥中。3.3 本章小結(jié)本章首先研究了壓面機(jī)壓輥的相關(guān)技術(shù)而后分析了面團(tuán)在壓輥中的受力變化等問題

30、。第四章 壓面機(jī)壓輥壓面過程建模4.1 壓輥壓面過程問題分析根據(jù)加工的實際情況和有限元分析的特點，使用ABAQUS進(jìn)行模擬加工需要重點考慮以下方面的問題：1 幾何模型的建立 按照實際模型的大體集合尺寸，創(chuàng)建壓輥，面團(tuán)等幾何模型。2 網(wǎng)格的劃分 按照模擬計算的要求，及實際加工受力，采用C3D8R單元即三維八節(jié)點六面體縮減積分單元。3 邊界條件 壓輥的模擬中給它指定一定的速度，及給面團(tuán)一個小的進(jìn)給速度保證壓輥與面團(tuán)的接觸。4 接觸分析 旋壓過程是高度非線性問題，要分析接觸前后的物體間的相互作用，產(chǎn)生接觸的物體滿足無穿透條件，選擇合適的主從及摩擦關(guān)系。5 材料屬性 對于面團(tuán)，其性能有彈性，塑性，流動

31、性，粘性和延伸性，其成分是淀粉和面筋蛋白，是一種典型的生物高分子黏彈性材料，這里僅把其當(dāng)做彈塑性材料處理，重點來模擬這一過程。4.2 ABAQUS/CAE建模流程簡介4.2.1 部件模塊(PART) 1 壓輥的建模 點擊進(jìn)入圖4-2-1所示的對話框，定義壓輥為三維解析性旋轉(zhuǎn)剛體，大約尺寸為600，點擊繼續(xù)進(jìn)入作圖區(qū)，點擊創(chuàng)建，始點坐標(biāo)為（53，169），終點坐標(biāo)為（59，-169），點擊鼠標(biāo)中鍵，作出壓輥圖如圖4-2-2所示，點擊菜單欄PART進(jìn)入部件管理對話框，復(fù)制壓輥，如圖4-2-3對于剛才創(chuàng)建的壓輥定義其參考點，外表面，按照提示區(qū)的指示操作即可。 圖4-2-1 創(chuàng)建壓輥 圖4-2-2 壓

32、輥 圖4-2-3 壓輥的復(fù)制2 面塊的創(chuàng)建方法類似于壓輥的建模，但不同的是基本屬性不一樣，如圖4-2-4，面塊作為三維可變性拉伸物體，面團(tuán)模型的形狀沒有一定得標(biāo)準(zhǔn)，這里作為橢圓形的餅來處理如圖 圖4-2-4 面團(tuán)的模型4.2.2 屬性模塊（PROPERTY） 圖4-2-5 面團(tuán)屬性面團(tuán)的材料屬性比較復(fù)雜，而ABAQUS對數(shù)值特別敏感，因此把面團(tuán)僅看作彈塑性材料來處理，并定義其大體密度。這里定義面團(tuán)的密度為800KG/M3，彈性模量為100，泊松比為0.3如圖4-2-5對材料創(chuàng)建完屬性后，點擊創(chuàng)建截面屬性為均勻?qū)嶓w，然后點擊把截面屬性分配給面團(tuán)，在ABAQUS里必須先創(chuàng)建截面在分配。4.2.3

33、裝配模塊（ASSEMBLY） 在該模塊對面團(tuán)和壓輥進(jìn)行裝配，首先創(chuàng)建實例，將它們統(tǒng)一于同一坐標(biāo)系里，然后進(jìn)行裝配處理，定位他們在坐標(biāo)系里的位置，由于壓輥是不可變形的剛體所以裝配模塊比較簡單，應(yīng)用進(jìn)行調(diào)整即可，注意面團(tuán)于壓輥的間距很重要，和保證合適的位置，否則后續(xù)處理中會產(chǎn)生過接觸，或不接觸，位置調(diào)整比較麻煩，需要不斷的嘗試。這里壓輥間距為20CM，面團(tuán)的厚度為40CM。裝配完的圖形如圖4-2-6所示 圖4-2-6 裝配后模型4.2.4分析步模塊（STEP） 這步主要是是創(chuàng)建分析步，選擇合適的分析步對問題的分析很關(guān)鍵，由于解決得旋壓問題，選擇動態(tài)，顯式分析步（DYNAMIC，EXPLCIT）壓面

34、過程比較簡單所以，僅建立一個分析步就能解決問題。如圖所示，在該步中可以完成場變量輸出變量和歷史輸出變量的修改，還可以根據(jù)結(jié)果調(diào)整時間間隔，以便能夠獲得合理的結(jié)果。這里把場變量中的時間間隔（interval）設(shè)為200這樣更容易觀察面團(tuán)變化。4.2.5交互模塊（INTERNCTION）在該模塊主要是創(chuàng)建，壓輥和面團(tuán)的接觸屬性，定義面團(tuán)和壓輥之間的屬性為接觸， 圖4-2-7 接觸屬性的定義由受力分析，選擇切向行為，罰函數(shù)，定義摩擦系數(shù)0.3，以及具有法向?qū)傩詨毫?。然后分配接觸如圖4-2-7選擇類型為面面接觸，主面為壓輥的剛性面，從面為面團(tuán)的左面，在視圖區(qū)會以不同的顏色標(biāo)注出來，如圖4-2-8接觸公

35、式選擇動力學(xué)公式，滑移公式為有限滑移，這些多是根據(jù)壓面過程的特點確定的類型。除了定義接觸屬性外，還要創(chuàng)建剛體約束，主要是保證壓輥面和選擇的參考點一起運(yùn)動，而我們就可以只關(guān)心參考點。這樣分別創(chuàng)建兩個壓輥的剛性約束。 圖4-2-8 壓輥和面團(tuán)接觸關(guān)系4.2.5載荷模塊（LOAD）通過這步就可以創(chuàng)建邊界條件，以及開始施加的約束，不同的條件要在不同的分析步中創(chuàng)建，如圖4-2-9 圖4-2-9 壓輥速度的創(chuàng)建 圖4-2-10 壓輥速度施加通過圖4-2-10可以對壓輥施加速度，注意旋轉(zhuǎn)速度是用弧度時間表示的。然后就是對面團(tuán)施加一個初始的速度，這不僅與實際相符，更重要的是在開始ABAQUS是不認(rèn)為壓輥和面團(tuán)

36、是接觸的速度的選取比較隨意主要是保證分析步中的接觸實現(xiàn)。4.2.6網(wǎng)格模塊（MESH） 該模塊是ABAQUS的非常重要的模塊，而網(wǎng)格的劃分不好，更容易導(dǎo)致錯誤的出現(xiàn)，因次，好的網(wǎng)格對于求解非常重要。圖4-2-11 網(wǎng)格樣式如圖4-2-11選擇六面體單元，網(wǎng)格形狀比較規(guī)則，求解的問題也不是很復(fù)雜。點擊對單元選擇算法，這里選擇C3D8R，主要因為求解問題不是很復(fù)雜如圖4-2-12 圖4-2-12 單元類型選完類型后，對面團(tuán)進(jìn)行種子布置，即在面團(tuán)上設(shè)置節(jié)點問題，這里在面團(tuán)的邊上布置種子數(shù)為100。當(dāng)然種子數(shù)目越多越好，但系統(tǒng)求解分析非常麻煩，往往在作業(yè)提交后運(yùn)行數(shù)小時才出結(jié)果。 圖4-2-13 面團(tuán)

37、的網(wǎng)格劃分4.2.6作業(yè)模塊（JOB）在該模塊創(chuàng)建作業(yè)，并提交。進(jìn)入作業(yè)管理器是首先要寫入，生成INP文件，然后 圖4-2-14 作業(yè)管理器提交作業(yè)就行分析。分析過程非常慢，前面的很小的錯誤會導(dǎo)致分析的失敗，因此需要極強(qiáng)的耐心。點擊RESULTS可以進(jìn)入下以模塊。4.2.7后處理模塊（VISUALIZATION） 該模塊主要是對結(jié)果的分析處理，可以在該模塊分析曲線，動畫，云圖等內(nèi)容。通過不斷的嘗試，對于普通輥的結(jié)果顯示如下 圖4-2-15 結(jié)果圖形上圖顯示了壓輥壓面過程的云圖，該圖顯示了面團(tuán)位移應(yīng)力的變化情況。以及分析創(chuàng)建的時間，分析步時間，增量等內(nèi)容。4.3 本章小結(jié)通過以上篇幅簡單介紹了建

38、模流程，只是大體一提。對于細(xì)節(jié)問題沒做過多的說明。模型是分析的基礎(chǔ)，但不是我們的目的。不同的壓輥形狀，不同的轉(zhuǎn)速，直徑下，壓面的效果更值得投入更多的精力。第五章 壓輥壓面分析5.1 普通壓輥的壓面分析5.1.1 不同轉(zhuǎn)速的壓輥壓面效果的差異 普通的壓輥，形狀是薄壁圓筒，滾筒是空心的，接頭與軸相連。面團(tuán)的變形是有接觸處的擠壓和摩擦引起的?，F(xiàn)在看不同的轉(zhuǎn)速對壓面效果的影響，分別取轉(zhuǎn)速為50r/min,75r/min。通過對比轉(zhuǎn)速，選擇合適的配置。首先看內(nèi)能曲線的變化如圖5-1-1和圖5-1-2分別表示了轉(zhuǎn)速為50r/min和75r/min是面團(tuán)的內(nèi)能曲線。 圖5-1-1轉(zhuǎn)速為50r/min面團(tuán)的內(nèi)

39、能曲線 圖5-1-2 轉(zhuǎn)速為75r/min面團(tuán)的內(nèi)能曲線圖5-1-3和圖5-1-4分別表示了轉(zhuǎn)速為50r/min和75r/min是面團(tuán)的動能曲線。 圖5-1-3轉(zhuǎn)速為50r/min面團(tuán)的動能曲線 圖5-1-4轉(zhuǎn)速為75r/min面團(tuán)的動能曲線通過改變轉(zhuǎn)速，面團(tuán)的內(nèi)能曲線變化并不特別明顯基本是圖示形狀，面團(tuán)的動能曲線變化也不明顯，隨著時間的遞增面團(tuán)的動能成拋物線遞增，這是因為面團(tuán)上的節(jié)點一直在做加速運(yùn)動?？磥砭蛪狠佫D(zhuǎn)速的變化，只是在影響進(jìn)出面的效率，面團(tuán)的形變是基本一樣的，實際中壓輥的速度要配合電機(jī)，面團(tuán)進(jìn)入速度，效率，出面裝置，噪音，安全等因數(shù)，所以要選擇合適的轉(zhuǎn)速。下圖顯示了不同轉(zhuǎn)速下的云圖

40、，圖中很明顯的顯示了不同的應(yīng)力區(qū)域。 圖5-1-5轉(zhuǎn)速50r/min的結(jié)果云圖 圖5-1-6轉(zhuǎn)速75r/min的結(jié)果云圖5-1.2 相同轉(zhuǎn)速不同直徑壓面效果的差異 對于相同轉(zhuǎn)速的直徑不同的壓輥，看面面團(tuán)的變化情況，對比直徑為118CM和140CM的兩個壓輥，保持相同的轉(zhuǎn)速看它們曲線有什么不同。對比圖形5-1-7，5-1-8與圖5-1-9，5-1-10可以看出，面團(tuán)的曲線大體形狀相同，只是數(shù)值上的差別。但是動能和內(nèi)能曲線只是ABAQUS的產(chǎn)物，對于直徑對面團(tuán)變化的影響我們并不能清楚的看出來。下面重點看下云圖，看不同壓輥，面團(tuán)應(yīng)變區(qū)域的變化。通過圖形5-1-11和圖5-1-12可以明顯看出同樣的面

41、團(tuán)于壓輥的接觸面積不同，直徑為140CM的壓輥與面團(tuán)的接觸更多，如果追蹤面團(tuán)上的一個點，很容易想到該點較直徑為118CM的點能獲得更長時間的擠壓，或者說持續(xù)擠壓使得面團(tuán)這種材料的物質(zhì)更硬，做出來的東西會更筋道。就壓面機(jī)的功用來看，直徑大的壓面效果更好，但考慮實際情況，壓輥的制造尤其是表面材料非常昂貴，因此應(yīng)根據(jù)壓面機(jī)的大小，配置等因數(shù)綜合考慮，選用合適的壓輥。 圖5-1-7壓輥直徑為118CM面團(tuán)內(nèi)能曲線 圖5-1-8壓輥直徑為140CM面團(tuán)內(nèi)能曲線 圖5-1-9壓輥直徑為118CM面團(tuán)動能曲線 圖5-1-10壓輥直徑為118CM面團(tuán)動能曲線 圖5-1-11壓輥直徑為118CM面團(tuán)云圖 圖5-

42、1-12壓輥直徑為140CM面團(tuán)云圖5-2 波形輥與普通圓筒形輥的比較 從圖5-2-1可以很明顯的看出普通輥的延壓出來的面片非常平整，圖表中的S表示應(yīng)力，MISES范氏應(yīng)力，方框內(nèi)的數(shù)值表示力的大小，由圖可以看出，面團(tuán)的不同區(qū)域的受力變化非常明顯，在壓輥間距最小的區(qū)域，面團(tuán)的受力最大，延壓過的區(qū)域和未經(jīng)延壓的區(qū)域，受力較小。云圖等高線非常明顯顯示了不同受力區(qū)域。如果單獨拿出面團(tuán)進(jìn)行觀察，可以發(fā)現(xiàn)組成面團(tuán)的網(wǎng)格，雖然發(fā)生了很大的變形但總體機(jī)構(gòu)依然保持的的比較好。這是因為，網(wǎng)格上的節(jié)點于壓輥的面上的節(jié)點接觸比較規(guī)范，使得面團(tuán)延壓后比較平整。當(dāng)然這里把面團(tuán)當(dāng)做彈塑性材料來處理，忽視了面團(tuán)實際的特性，

43、使得分析有點片面。 圖5-2-2顯示了波形輥，波形輥的建模較普通輥復(fù)雜很多，運(yùn)用波形輥壓面可以使面團(tuán)有緊有松，這樣就可以做出不同質(zhì)感的面片。實際上對于波形輥的建模需要重新設(shè)置，而即使相同的參數(shù)，面團(tuán)對于輥接觸的距離的不同，使得我們僅從數(shù)據(jù)上看并不準(zhǔn)確。我們只是觀察壓面過程，壓面效果的影響。從圖可以明顯的看出面團(tuán)有松有緊，延壓區(qū)域的網(wǎng)格變形非常明顯，發(fā)出了扭曲。但是要得到成品需要多道延壓工序，于壓輥的配置相關(guān)的刮刀等件制造麻煩。 圖5-2-1 普通輥壓面過程云圖 圖5-2-2 波形輥壓面過程云圖 圖5-2-3 普通輥面團(tuán)應(yīng)力分布區(qū)域 圖5-2-4波形輥面團(tuán)應(yīng)力分布區(qū)域 圖5-2-3和圖5-2-4中，紅色代表最大應(yīng)力，黃色代表第二應(yīng)力，但淡藍(lán)色代表最小應(yīng)力。對于普通輥，由于壓面過程于面團(tuán)接觸多，面團(tuán)的受力區(qū)域大，更易排除面團(tuán)中的空氣得到致密的面筋組織，更筋道。5-3 本章小結(jié)本章簡要分析了壓輥的等外部條件的變化對壓面過程的影響，我們看到就壓面效果而言，壓輥的轉(zhuǎn)速并非越快效率越高，波形輥的應(yīng)用，對改變面團(tuán)的特性效果明顯。第六章 課題總結(jié)及進(jìn)一步研究思在產(chǎn)品設(shè)計中采仿真技術(shù)己成為世界機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展方向。仿真技術(shù)可以在機(jī)