岩石振动模拟系统(扬州大学)1.doc

扬州大学机械工程学院
毕业设计（论文）任务书

教 科 部： 机械电子

专 业： 机械设计与制造及其自动化

学 生 姓 名： 陶安康 学号： 080007424

毕业（论文）题目： 岩石振动模拟系统

起 迄 日 期：

设计（论文）地点：

指 导 老 师： 王昌龙

专 业 负 责 人：

发任务书日期： 2012 年3 月 3 日

毕业设计（论文）任务书
1．本毕业设计（论文）课题应达到的目的：

（1）综合运用专业理论知识，提高资料的收集与分析能力；
（2）提高计算机综合应用能力；
（3）培养对工程图的识别与绘制能力；
（4）完成毕业设计的各个环节；
（5）撰写的论文要有条例，并努力提高学生的自学能力与独立分析与解决问题的能力。

2. 本毕业设计（论文）课题任务的内容和要求（包括原始数据、 技术要求、工作要求等）：
内容:
(1) 工件加工工艺分析；
(2) 设计冲头模具总装配图及主要零件图（二维工程图）；
(3) 用Solidworks/PRO-E建立模具的三维总装图；
(4) 分析冲头整体结构的受力情况；
(5) 完成毕业设计论文
要求：
(1) 在分析工件加工工艺的基础上，设计模具；
(2) 二维工程图清晰、规范；（完成图纸量，0号2张、1号2张、3号4张）
(3) 充分阅读文献，收集已有的相关资料；
(4) 论文要规范有条理，各有侧重，同时又相互配合，保质保量地完成毕业设计。

毕业设计（论文）任务书
3．对本毕业设计（论文）课题成果的要求（包括毕业设计论文、图表、实物样品等）：

（1）实习报告；
（2）毕业设计（论文）开题报告；
（3）外文翻译；
（4）三维造型；
（5）设计说明书（论文）；

4．主要参考文献：

1、机械设计手册

2、模具设计手册

3、 模具图册

4、Solidworks2007应用指导

毕业设计（论文）任务书
5、本毕业设计（论文）课题工作进度计划
起止日期
工 作 内 容
第1、2周（开始）

了解相关知识、完成实习调研，作开题报告
第3、4周
分析工件加工工艺，绘制模具结构简图；
第5、6周
完成模具结构设计，包括：零件图、装配图。中期检查
第7、8周
完成三维造型。
第9、10周
撰写 毕业设计说明书。
第11、13周
完善毕业设计说明书与相关资料，答辩

所在专业审核意见：

负责人：

年 月 日

学院意见：

院长：

年 月 日

扬州大学机械工程学院
毕业设计（论文）开题报告

学 生 姓 名： 陶安康 学号： 080007424

专 业： 机械设计与制造及其自动化

设计（论文）题目： 岩石振动模拟系统

指 导 老 师： 王昌龙

2012年 3 月 26日

毕业设计（论文）开题报告
1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：
文 献 综 述
1.1概述
振动现象广泛存在各种物质介质中，如金属材料(钢铁、铝、各种有色金属)和非金属材料(岩石、陶瓷、玻璃、水泥)等。岩石振动激励模拟测试系统是一种包括振动激励模拟和测试分析的试验系统。该系统可以用来分析金属材料和非金属材料的振动特性。
其主要功能主要包括两个方面：其一是使岩石产生各种激励信号，如低频高振幅和高频低振幅的激励信号，使岩石发生各种各样状态的振动，通过调节激励可以激发岩石等材料进入共振状态，并记录共振频率、共振幅度、系统阻尼等参数；另一方面是测试分析金属材料和非金属材料的振动特性，对存在振动的试验样品进行振动特性进行采集及各参数分析。
近年来，国内外对于稀土铁化物超磁致伸缩效应的应用研究受到重视。所谓的磁致伸缩效应，是指铁磁材料和亚铁磁材料在磁场的作用下将导致其体积和长度发生微小变化的现象。把Ni和Co加Fe到稀土中所形成的一些化合物和非晶合金，因具有很大的磁致伸缩系数而称作超磁致伸缩(giant magnetostrictive material简写为GMM)，比较有代表性的为Terfenol-D。采用这种材料制成的线性驱动器具有多种用途，其中作为液压控制阀的电—机械转换装置，具有切换速度快，频率高，能量消耗少等特点。　　
超磁致伸缩材料棒为美国产的TbDYFe(φ60×200)，其下端用夹具固定，上端通过伸缩传递轴和弹簧给磁致伸缩材料加上预应力。磁致伸缩材料的周围是产生驱动场的激励线圈和冷却线圈用的铜水管。外围是磁轭(碳钢)，它与磁致伸缩材料一起构成封闭磁路，以防漏磁。伸缩传递轴等其它零件均由非磁性不锈钢制成。超磁致伸缩材料内部应变与激励磁场强度、材料特性常数、应力状态等直接相关，其外部位移、力输出实为磁场—弹性场相互耦合的结果。所以，适当配置机械和电气的结构参数(主要是预压缩应力和偏置磁场)，可使超磁致伸缩材料处于最优的机电耦合状态，提高能量转换效率。当采用交流电激磁时，超磁致伸缩材料在正负磁场的作用下都为伸长，其产生机械运动的频率是外加电流频率的两倍，这便是所谓的“倍频现象”。为使驱动器机械运动在线性区间，通常采用加一偏置磁场来消除此现象。但是，当驱动器采用PWM脉冲电压激磁时，由于没有负磁场，不会出现倍频现象，所以不需要偏置磁场。给超磁致伸缩材料施加一合适预应力的目的，一是避免磁致伸缩材料在受拉状态下工作；二是可以增大磁致伸缩量。根据铁磁学理论，这是由于外加应力提高了材料的饱和磁化强度，使其饱和磁致系数提高的缘故。
自从发现物质的磁致伸缩效应后，人们就一直想利用这一物理效应来制造有用的功能器件与设备。为此人们研究和发展了一系列磁致伸缩材料，主要有三大类：即：磁致伸缩的金属与合金，如镍和金煤（Ni）基合金（Ni， Ni－Co 合金， Ni－Co－Cr 合金）和铁基合金（如 F e－Ni 合金， Fe－Al 合金， Fe－ Co－V 合金等）和铁氧体磁致伸缩材料，如 N i－Co 和 Ni－Co－Cu 铁氧体材料等。这两种称为传统磁致伸缩材料，其λ值（在 20—80ppm 之间）过小，它们没有得到推广应用，后来人们发现了电致伸缩材料，如（ Pb， Zr，Ti）C03 材料，（简称为 P ZT 或称压电陶瓷材料），其电致伸缩系数比金属与合金的大约200~400ppm，它很快得到广泛应用；第三大类是近期发展的稀土金属间化合物磁致伸缩材料，例如以（ Tb，Dy）Fe2 化合物为基体的合金 Tbo0．3Dy0．7Fe1．95材料（下面简称 T b－Dy— Fe 材料）的λ达到 1500~2000ppm，比前两类材料的λ大 1~2 个数量级，因此称为稀土超磁致伸缩材料。
特点

和传统超磁致伸缩材料及压电陶瓷材料（PZT）相比，稀土超磁致伸缩材料是佼佼者，它具有下列优点：磁致伸缩应变λ比纯 N i 大 50 倍，比 PZT 材料大5—25 倍，比纯 N i 和 Ni－Co 合金高 400~800 倍，比 PZT 材料高 14~30 倍；磁致伸缩应变时产生的推力很大，直径约 l0mm 的 Tb－Dy－Fe 的棒材，磁致伸缩时产生约 200 公斤的推力：能量转换效率（用机电耦合系数 K33 表示）高达70％，而 Ni 基合金仅有 16％，PZT 材料仅有 40~60％；其弹性模量随磁场而变化，可调控；响应时间（由施加磁场到产生相应的应变λ所需的时间称响应时间）仅百万分之一秒，比人的思维还快；频率特性好，可在低频率（几十至 1000 赫兹）下工作，工作频带宽；稳定性好，可靠性高，其磁致伸缩性能不随时间而变化，无疲劳，无过热失效问题。

1.3目的与意义
（1）熟悉拟定塑料成型工艺和模具设计原则、步骤和方法。
（2）学会查阅有关技术文献、手册和资料。
（3）培养分析问题和解决问题的能力。

毕业设计（论文）开题报告
2．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：
2.1本课题的研究主要功能
振动现象广泛存在各种物质介质中，如金属材料(钢铁、铝、各种有色金属)和非金属材料(岩石、陶瓷、玻璃、水泥)等。岩石振动激励模拟测试系统是一种包括振动激励模拟和测试分析的试验系统。该系统可以用来分析金属材料和非金属材料的振动特性。
其主要功能主要包括两个方面：其一是使岩石产生各种激励信号，如低频高振幅和高频低振幅的激励信号，使岩石发生各种各样状态的振动，通过调节激励可以激发岩石等材料进入共振状态，并记录共振频率、共振幅度、系统阻尼等参数；另一方面是测试分析金属材料和非金属材料的振动特性，对存在振动的试验样品进行振动特性进行采集及各参数分析。
长。
2.2仪器优势
岩石振动激励模拟测试系统，产生频率范围宽，振幅幅度大，失真度小，测试精确可靠；同时该系统是研发共振钻井技术的平台。共振钻井破岩技术一门刚刚兴起的全新的破岩技术，具有广泛的应用前景。
2.3仪器基本技术参数
技术参数
1）基本参数
旋转速度：0~1000r/min，无级可变；
产生频率范围：1~2000Hz，无级可变；
冲击力：10~1000N，无级可变；
冲击头：10~100mm，尺寸可调。
2）试样要求
岩样形状：规则和不规则岩样
规则岩样尺寸范围：方形0~300(长)mm×0~300(宽)mm×0~400(高)mm，
圆柱形φ300mm×400mm；
不规则岩样尺寸范围：最大直径φ0 mm ~φ400 mm；
3）控制模式
冲击力加载方式：恒压加载；
操作方式：人工设定、计算机自动控制
4）测量系统
采样频率：每通道最高1MHz；
振动测量范围：5~10000Hz；
压力传感器：量程2Mpa、精度0.1%；
位移传感器：量程425mm、精度0.05%；
转速传感器：量程0-600r/min、精度±0.01 r/min；
扭矩传感器：量程2000N.m、精度0.2%。
数据采集、记录与计算：计算机自动采集、记录与计算
记录动态曲线：
（1）钻压----------钻时 （2）转速---------钻时
（3）吃入深度----钻时 （4）扭矩---------钻时
（5）吃入深度----钻压
钻头 （1）钻压---------钻时 （2）转速---------钻时
（3）深度---------钻时 （4）扭矩---------钻时
按需求进行相关计算
2.4研究内容（内容、结构框架以及重点、难点）：
1.机构的整体设计方案的确定
(1)冲头家具结构的设计；
(2)冲头家具尺寸的确定；
(3)方案的分析，比较，论证。
2.整机的设计方案
在指导老师的帮助下，运用所有相关机械夹具设计的知识，确定各部分的参数，完成对整机总体结构的设计。
3.完成论文的条件和拟采用的研究手段（途径）
（1）、通过搜索相关的中外文资料，了解振动模拟系统的现状及其发展趋势，撰写综述；阅读并翻译外文资料，并借助查阅相关的专业文献完成开题报告。
（2）、通过在自主学习并在指导老师的指点和引导下，形成自己的设计思想，确定设计方案，完成设计计算，绘制三维机构，并完成着冲头夹具机构的电子图稿。
2.5本课题进度安排、各阶段预期达到的目标：
第1—5周：调研、收集资料，择写综述，阅读、翻译外文资料，对岩石振动模拟系统分析，对结构类型进行分析，选择合适机构，并确定合适的参数时间，设计计算，完成开题报告。
第6—7周：设计结构，校核。
第8—12周：绘制三维机构。
第13周：在计算机上对所有设计机构进行修改和调整。
第14周：根据三维图绘制工程图。
第15周:编写设计说明书。
第16周：编写设计说明书，编写PowerPoint电子课件。
第17周：编写PowerPoint电子课件，总结、答辩。

毕业设计（论文）开题报告
指导教师意见：
1． 对“文献综述”的评语：

2． 对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：

指导老师：
年 月 日
所在专业审查意见：

负责人：
年 月 日

扬州大学机械工程学院
毕业设计（论文）外文资料翻译

教 科 部： 机械电子

专 业： 机械设计与制造及其自动化

姓 名： 陶安康

学 号： 080007424

外 文 出 处：Department of Mechanical Engineering,
（用外文写）
Indian Institute of Technology, Kanpur, India

附 件：On Multistage Deep Drawing of Axisymmetric

Components

指导老师评语

签名：

年 月 日
注：请将该封面与附件装订成册。

扬州大学机械工程学院毕业设计（论文）中期检查表
学生姓名
陶安康
学号
080007424
指导教师
王昌龙

选题情况

课题名称
岩石振动模拟系统
难易程度
偏难

适中

偏易

工 作 量
较大

合理

较小

符合规范化
的要求

任务书
有

无

开题报告
有

无

外文翻译质量
优

良

中

差

学习态度
出勤情况
好

一般

差

工作进度
快

按计划进行

慢

中期工作汇报及解答问题情况

优

良

中

差

中期成绩评定：
所在专业意见：

负责人

年 月 日