金刚石圆锯片是一种高效的切断工具,被广泛用于石材、混凝土、陶瓷等硬脆材料的加工。锯切加工过程中产生的振动不仅影响石材表面加工质量,而且对周围环境造成了严重的噪声污染。论文针对锯切过程中圆锯片减振降噪技术的研究现状及存在的问题,综合运用力学、声学等多个学科领域的知识,对圆锯片动态特征及锯切过程中噪声与振动优化控制两个方面的问题开展了较为深入的研究,取得的主要研究成果如下:1.基于有限元方法对锯片振动模态进行了分析,并通过模态试验验证了该方法的正确性。通过有限元模态分析确定了圆锯片的厚度、夹径比以及锯片转速对固有特性的影响。建立了圆锯片动态锯切横向再生颤振模型,结合有限元模态分析数据求解了圆锯片横向再生颤振响应,为锯切过程再生颤振稳定性的判定及锯片的合理设计提供了理论依据。2.分别采用有限元法、有限元-光滑粒子固定耦合法以及有限元-光滑粒子自适应耦合法构建了金刚石圆锯片-石材锯切系统的动力学仿真模型。根据仿真结果分析了三种模型的优缺点,确定了每种模型在石材锯切加工仿真领域的适用范围。通过分析将石材去除过程主要划分为3个阶段:小规模挤裂阶段、大规模挤裂阶段和重复大规模挤裂阶段;根据锯片表面和石材内部等效应力分布情况,确定了模型最易破坏的区域;得到了不同锯切参量对锯切力的影响规律。3.构建了圆锯片锯切系统的多物理场耦合模型,通过仿真分析和现场实验验证了该模型的正确性。多物理场耦合模型综合考虑了实际锯切过程涉及的复杂激励载荷、圆锯片周围气流环境以及复杂声学边界条件,通过计算得到了锯切系统在复杂环境下的声学响应,基于边界元技术对锯片的噪声声压级进行了预估。得到了旋转锯片周围气体流场特性,揭示了流固耦合作用对锯切噪声声压级影响规律,确定了锯片振动辐射面积对噪声的影响程度,获取了锯切噪声声场分布规律。通过实验噪声测量验证了该方法的有效性。4.以降低金刚石圆锯片的锯切噪声为目标,采用序列响应面法和混合优化算法相结合的方法,对锯片的尺寸结构进行了优化设计,通过锯切实验,验证了该方法的有效性。利用该方法对直径为350mm普通锯片的结构尺寸进行优化,确定了最佳结构尺寸参数;通过数学统计分析,得到了尺寸参数对锯片的声学、变形以及应力等性能影响规律。依据优化结果制备了圆锯片,通过锯切实验,验证了优化结果的正确性。5.基于混合元胞自动机算法构建了开槽圆锯片动态拓扑优化模型,通过对比实验验证了优化结果的有效性。以锯片减振降噪为设计目标,指定位置载荷力响应、位移响应为多约束条件,对优化模型进行分析,得到了满足刚度要求条件下锯片基体的最优开槽形式,通过实验将开槽锯片与普通锯片进行噪声分析比较,确定了该优化方法的可行性,为低噪声圆锯片的动态拓扑优化设计提供了新思路和理论支持。