淺析丙烯酸脂有機玻璃對刀具碎片的防護
從鋸床的性能指標可以看到鋸片的轉速很高，因此鋸床的安全防護就必須慎重考慮。將鋸床的改性丙烯酸脂有機玻璃防護罩作為被侵徹的介質，將刀具的碎片作為侵徹物體，對碎片從不同的角度以刀具旋轉時的最高線速度侵徹改性丙烯酸脂有機玻璃的過程進行了模擬計算。實際應用表明此方法簡單有效。
利用ANSYS／LS＿DYNA的動力學分析功能對GS3050型超高速數控鋸床安全防護罩的抗沖擊能力進行了數值分析，對刀具碎片侵徹有機玻璃的過程進行了數值模擬。結果表明。數值分析和試驗的結果吻合。1477號節點的UX、UY、UZ位移時間歷程式中，M為集中質量矩陣，P為內力矢量，F為外力矢量，x$為加速度矢量。式（8）中加入阻尼項后和材料動態本構方程一起構成問題的全部方程。模型的建立和分析由于侵徹問題屬于大變形、高壓和高應變率問題，因此對這類問題的數值模擬，采用合理的材料模型是重要的前提條件。根據改性丙烯酸脂有機玻璃材料的特點，在刀具碎片沖擊過程中，防護罩材料發生塑性屈服前，應力、應變由第一段直線描述，在材料發生塑性屈服后，應力、應變由第二段直線描述，當材料的應變達到失效應變時，材料發生失效，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°，有機玻璃厚度選擇8mm、12mm、10mm.由于防護罩的曲率很小，建模時簡化為平面。為了減少計算時間，根據模型的對稱性，實際計算時取整個模型的1／2進行有限元分析。網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格進行了加密處理，以使計算的結果更加精確。碎片共劃分了256個單元，防護罩共劃分了6306個單元。建立的有限元模型如。計算結果與分析應用前面建立的模型對刀具碎片侵徹鑄造改性丙稀酸脂防護罩進行分析，研究刀具碎片撞擊防護罩時的動力學響應，并依據計算結果得到能夠滿足工程需要的防護罩厚度。防護罩厚度尺寸的選擇計算所得的結果如所示。
從計算結果可以看出，刀具碎片入射角度為90°時其穿透能力最強，并且當防護罩的厚度加大到12mm后，碎片沒有穿透防護罩。進而取防護罩厚度為10mm＝（8mm＋12mm）／2進行計算，在入射角為90°時防護罩被擊穿。因此，可以認為12mm某鑄造改性丙稀酸脂防護罩可以抵御138.16m／s的刀具碎片的沖擊而不破壞。防護罩上1477號節點位移曲線分析為入射角度為90°，防護罩厚度為12mm時的位移時間歷程曲線。可以看出：刀具碎片開始接觸防護罩的時間為0.008s，之后防護罩在侵徹的過程中不斷地發生受力變形和反彈變形。被侵徹部位的1477號節點在不斷地圍繞其平衡點振蕩，最大振蕩位移為UY＝0.035mm，UX＝0.08mm，UZ＝1.0mm.數值分析結果與實際試驗結果的對比刀具破損情況和刀具碎片撞擊防護罩被攔截的情況從實際試驗情況可以看出，采用12mm鑄造改性丙烯酸脂有機玻璃的防護罩可以抵御刀具碎片的沖擊而不被擊穿，表明分析時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，實際應用中選擇了厚度為15mm的鑄造改性丙稀酸脂有機玻璃。結論通過建立鋸床防護罩和刀具碎片的有限元模型，并選擇合適的材料模型，對刀具碎片侵徹防護罩的過程進行了數值分析。結果表明，采用12mm的某鑄造改性丙烯酸脂有機玻璃可以抵御最高侵徹速度為138.16m／s的刀具碎片的沖擊，數值計算的結果和試驗結果相符。從而為類似的安全分析提供了新的方法。
