机械零件热变形机理及其仿真研究

发布时间：2017-10-11 19:29

  本文关键词：机械零件热变形机理及其仿真研究

  更多相关文章： 热变形 非相似性特征 热力转换 热鲁棒性结构设计

【摘要】：随着机械装备制造业对高精度需求的日益增长,热影响逐渐成为制约精度提升的关键因素。对机械零件热变形基础理论与应用技术的深入研究有利于最大程度地减小温度的影响,具有重要的科研与工程应用价值。本文在国家自然科学基金项目“机械复杂形体热鲁棒性基础理论研究”(项目编号：51175142)和国家自然科学基金重大项目“功能形面结构与性能的耦合建模与影响机理研究”(项目编号：51490660/51490661)的支持下,针对机械零件热变形的机理和精确仿真进行了系统深入的研究,主要内容包括：(1)从机理上论证了机械形体热变形非相似性特征的客观存在性。机械形体热变形非相似性研究长期局限于宏观试验验证,而缺乏微观层面的机理论证。论文采用分子静力学理论与算法,对铝材料正方体原子模型热变形进行演化计算,论证了稳定均匀温度场中机械形体热变形非相似性特征的客观存在性和形成机理,完善了机械形体热变形理论基础。(2)在宏观机械形体热变形仿真实现方面,课题组提出了基于“热力转换理论”的精确热变形仿真方法。针对目前热变形仿真算法和CAE分析软件中普遍忽略热变形非相似性属性、无法真实仿真出机械形体实际热变形规律的缺陷,论文提出“热力转换理论”,将零件热变形问题等效为力变形问题,并充分考虑了材料属性、温度以及形体边界约束对热变形的影响；给出了基于“热力转换理论”的热变形仿真方法；针对一组铝制空心圆柱体机械零件进行了热变形仿真与测量实验。仿真结果与实验结果吻合较好,验证了热力转换热理论和仿真方法的合理性和有效性。(3)课题组提出了热鲁棒性结构设计理念并给予了工程应用。充分考虑工况温度和受力载荷对孔轴配合的影响,设计之初便对孔轴零件尺寸和公差进行相应补偿,以确保工况下机械设备达到设计精度和最佳工作性能,本文称为最佳孔轴热鲁棒性结构设计理念。依据该理念,对石油开采中的抽油泵柱塞和泵筒的尺寸公差进行设计,既能避免石油开采工程现场经常出现的卡泵现象,又能达到最优工作效率。
【关键词】：热变形 非相似性特征 热力转换 热鲁棒性结构设计
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH16;TH13
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-17
• 第一章 绪论17-24
• 1.1 选题背景与研究意义17-18
• 1.2 国内外研究现状与历史概述18-22
• 1.2.1 国内外研究概述19-20
• 1.2.2 机械热变形误差控制技术20-22
• 1.3 本论文的主要研究内容22-24
• 1.3.1 课题来源22
• 1.3.2 研究内容22-24
• 第二章 机械零件热变形理论基础24-33
• 2.1 热传导基本理论24-27
• 2.1.1 温度场24
• 2.1.2 等温线(面)与温度梯度24-25
• 2.1.3 傅里叶导热定律25-26
• 2.1.4 导热微分方程26
• 2.1.5 单值性条件26-27
• 2.2 热弹性力学理论27-29
• 2.2.1 弹性力学基本假设27
• 2.2.2 热弹性力学基本方程27-28
• 2.2.3 轴对称平面热应力问题28-29
• 2.3 热膨胀系数概述29-31
• 2.3.1 基本概念与定义29-30
• 2.3.2 线膨胀系数与体膨胀系数之间的关系30-31
• 2.4 有限元仿真分析理论31-32
• 2.4.1 有限元方法基本思想31
• 2.4.2 热分析有限元分析31-32
• 2.4.3 结构有限元分析32
• 2.5 本章小结32-33
• 第三章 机械形体热变形非相似性机理研究33-42
• 3.1 机械形体热变形非相似性理论33-34
• 3.2 微观分子数值模拟34-35
• 3.2.1 Morse势能拓展至非绝对零度环境34-35
• 3.2.2 数值算法35
• 3.3 分子静力学仿真结果与分析35-39
• 3.3.1 模型建立35-36
• 3.3.2 数据分析与处理36-39
• 3.4 宏观方体热变形实验39-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第四章 机械形体热变形基于“热力转换理论”仿真方法研究42-49
• 4.1 热变形仿真理论基础分析42-43
• 4.2 热力转换理论43-45
• 4.2.1 热变形非相似性特性分析43
• 4.2.2 热力转换机理分析43-45
• 4.3 铝制空心圆柱体零件热变形测量实验45-46
• 4.4 基于“热力转换理论”的有限元仿真方法46-47
• 4.5 热变形测量结果与仿真结果对比分析47-48
• 4.6 本章小结48-49
• 第五章 轴类和孔型零件热变形理论与实验研究49-57
• 5.1 轴类零件热变形研究49-52
• 5.1.1 稳态均匀温度场中轴类零件热变形理论研究49-50
• 5.1.2 稳态均匀温度场中轴类零件热变形实验研究50-52
• 5.2 孔型零件热变形研究52-56
• 5.2.1 稳态均匀温度场中孔型零件热变形理论研究52-54
• 5.2.2 稳态均匀温度场中孔型零件热变形实验研究54-56
• 5.3 本章小结56-57
• 第六章 最佳孔轴热鲁棒性结构设计57-69
• 6.1 极限与配合概述57-60
• 6.1.1 基本概念57
• 6.1.2 国家标准57-58
• 6.1.3 配合的分类58-59
• 6.1.4 配合制59-60
• 6.2 工况温度对孔轴配合的影响研究60-61
• 6.3 工况受力载荷对孔轴配合的影响研究61-66
• 6.3.1 径向载荷对孔轴配合间隙的影响61-65
• 6.3.2 轴向载荷对孔轴配合间隙的影响65-66
• 6.4 最佳热鲁棒性结构设计66-67
• 6.4.1 基本设计理念66-67
• 6.4.2 工程应用案例67
• 6.5 本章小结67-69
• 第七章 总结与展望69-71
• 7.1 总结69
• 7.2 展望69-71
• 参考文献71-75
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况75

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 姜萍;孙淑华;王振华;白兴红;曲明贵;傅万堂;;一种含氮高铬冷轧辊用钢的热变形行为研究[J];燕山大学学报;2011年04期

2 聂恒敬,费业泰;精密机械零件形状影响热变形行为的研究[J];中国机械工程;1992年04期

3 董海峰;蔡大勇;赵铮铮;王志勇;王玉辉;杨庆祥;廖波;;低碳钢铁素体区热变形行为[J];金属热处理;2009年04期

4 赵新;许茜;荆天辅;;铁素体基球铁的热变形行为[J];热加工工艺;2010年11期

5 熊毅;蔡大勇;赵胜利;文九巴;张春玲;;低碳钢的热变形行为[J];热加工工艺;2008年18期

6 霍连U，

本文编号：1014334