金属基复合材料振动切削温度仿真与试验研究
发布时间：2021-01-14 03:27
颗粒增强复合材料随着工业的发展得到了越来越多的关注,超声振动切削作为一种精密加工技术也有了很成熟的发展,目前关于颗粒增强金属基复合材料在超声振动车削加工过程中产生的切削热及其切削温度分布的研究较少。因此,本研究借助大型有限元仿真软件ABAQUS对颗粒增强复合材料的车削细观模型进行了理论和仿真模拟,并进行了辅助测温试验研究。建立了颗粒增强复合材料振动切削车削温度场理论模型,该模型可以近似求解出超声振动切削颗粒增强复合材料的工件表面温度场。该解析式基于切削温度场基础理论,利用热源法,还要考虑超声振动切削的脉冲分离切削特性计算出工件表面发热强度,从而得出合适的热流密度公式,根据建立的符合超声振动车削的传热模型,得到了最终的颗粒增强复合材料振动切削车削温度场模型。确定颗粒增强复合材料正交切削二维细观有限元模型。该模型基于金属基复合材料设计的基本原则和颗粒增强相的选择标准,确定了金属基复合材料的各组成相比,并对其几何和网格模型进行了合理简化。颗粒分布方式基于随机分布,以更好地体现SiCp/Al复合材料的实际颗粒分布情况,并选定了适合本研究的工件和刀具材料模型以及损伤失效模型等有限元参数。基于所建...
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１切削三大热源区【６７］??Ｆｉｇ．?２．１?Ｔｈｒｅｅ?ｍａｊｏｒ?ｃｕｔｔｉｎｇ?ｈｅａｔ?ｓｏｕｒｃｅ?ａｒｅａｓ１７６＾??
?大连交通大学工学硕士学位论文???（剪切酣热／??＼＇?刀面热源￣??／?ｘ＃??图２．１切削三大热源区【６７］??Ｆｉｇ．?２．１?Ｔｈｒｅｅ?ｍａｊｏｒ?ｃｕｔｔｉｎｇ?ｈｅａｔ?ｓｏｕｒｃｅ?ａｒｅａｓ１７６＾??２．１．２傅立叶热传导定律和经典导热微分方程??由傅立叶定律可以得到导热体在单位时间内转移了多少热量。如图２．２所示，一导??热杆件两端的温度分别为７；和ｒ２?（７；?＞?ｒ２）（温差Ａｒ?＝?７；?－?ｒ２?），截面ｉ－ｉ通过的热流量为ｇ。??若截面的面积为则单位面积的热流量为??＾?＝?ｑ?（２－１）??Ａ??式中，ｑ为热流密度（Ｊ／〇ｘｎｖｓ））。??傅立叶证实了在固体的导热过程中，热流密度与温度梯度成正比，用??公式表示为：??ｑ＝－Ａ＾?（２．２）??ａｘ??式中比例常数；Ｉ是材料导热率（Ｗ／ｎｒＫ），物理意义是单位温度梯度影响下物体内产??生的热流密度，通常看做常数，当温度梯度变化较大时，取其平均值。热流方向若定义??为正值，负值代表温度梯度方向与之相反。??绝热?／??Ｑ?：！??ｎ?｜?Ｓｉ?ｎ??绝热?／??图２．２杆件导热示意图??Ｆｉｇ．?２．２?Ｈｅａｔ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｒｏｄ??１０??
第二章ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材料超声振动车削温度场解析??将式（２．１）代入上式，即得傅立叶导热定律：??Ｑ?＝?－ＡＡ—?（２．３）??ｄｘ??上式还可以推广到多维导热。??要想利用热源法求解温度场，还必须了解导热微分方程：??＾?＝?＋?＾?＋?（２．４）??ｄｒ?ｌ＾Ｓｘ：２?ｄｙ＇?ｄｚ￣?ｙ??式中ｒ为温度值，ｒ为时间，为座标值，ａ为固体材料的热扩散率。??了解了傅立叶变换，就可以用傅立叶变换法求解导热微分方程，可解得点热源在无??限大介质中瞬时发出一定热量后的任何时刻的温度场［８（＞１。??２．１．３热源法求解温度场理论??热源法是由傅立叶变换法求解导热微分方程得出。正确使用热源法建立固体导热温??度场模型的前提是确定热源状况。热源的具体状况要根据实际加工情况确定，各种温度??场解析公式的确定都是由最基本的热源状况演变而来：瞬时静止发热的无限大介质中的??点状热源，如图２．３所示。??＂Ｙ??／???／?？?１??？?？?Ｉ??／?／?；??／?Ｍ（ｘ，ｙｔｚ）?／??ｒ?：??ｘ??图２．３瞬时静止发热的点状热源??Ｆｉｇ．?２．３?Ｐｏｉｎｔ－ｌｉｋｅ?ｈｅａｔ?ｓｏｕｒｃｅ?ｗｉｔｈ?ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ?ｓｔａｔｉｃ??瞬时静止发热的无限大介质中的点状热源的热源状况是将点状热源放置在坐标原??点，其温度场解析式如式２．５：??１１??
【参考文献】：
期刊论文
[1]切削过程切削表层应力与温度的仿真分析[J]. 宋轶. 科技创新与应用. 2018(20)
[2]基于热力耦合的金属切削过程分析及实验验证[J]. 杨永刚,陈燕青. 中国民航大学学报. 2018(02)
[3]钛合金铣削刀具/工件接触区域温度预测[J]. 刘具龙,张璧,白倩,程博. 航空学报. 2018(12)
[4]超声高速铣削SiCP/Al试验研究[J]. 董小磊,张鹏. 机械工程师. 2018(03)
[5]基于ABAQUS/Explicit的SiCp/Al复合材料微细切削有限元仿真研究[J]. 孙素杰,董志国,刘建成,轧刚. 工具技术. 2018(02)
[6]超声振动车削TC4钛合金的切削性能研究[J]. 胡智特,秦娜,刘凡. 机械设计与制造. 2018(02)
[7]高速切削45钢切削温度场仿真研究[J]. 赵晶晶. 南方农机. 2018(02)
[8]金属切削温度测量方法研究[J]. 张桂霞. 内燃机与配件. 2017(14)
[9]瞬态切削用智能测温刀具的研究[J]. 崔云先,张博文,丁万昱,阎长罡,刘义. 机械工程学报. 2017(21)
[10]脆性材料切削温度理论模型及实验研究[J]. 赫培,马廉洁,郭亚鹏,邓航,王华,毕长波,李祺,万学文. 人工晶体学报. 2017(03)
硕士论文
[1]不同振动方式下的钛合金振动辅助铣削工艺效果研究[D]. 武民.河南科技学院 2018
[2]钛合金螺旋铣孔试验研究[D]. 王欢.大连理工大学 2015
[3]高应变率下损伤容限型钛合金的动态力学性能及断裂行为研究[D]. 张长清.南京航空航天大学 2015
[4]金属高速切削模拟中基于物理的本构模型的应用[D]. 刘鹏辉.浙江大学 2013
[5]超薄切削塑性材料温度场的计算[D]. 付秀蓉.燕山大学 2013
[6]SiCp/Al复合材料磨削温度场的研究[D]. 张春阳.沈阳理工大学 2012
[7]超声铣削SiCp/Al复合材料的机理研究[D]. 董小磊.河南理工大学 2009
[8]高速铣削钛合金的切削温度研究[D]. 舒畅.南京航空航天大学 2005
[9]正交金属切削温度场的计算与模拟[D]. 姚永琪.浙江大学 2004
本文编号：2976120
【文章来源】：大连交通大学辽宁省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２．１切削三大热源区【６７］??Ｆｉｇ．?２．１?Ｔｈｒｅｅ?ｍａｊｏｒ?ｃｕｔｔｉｎｇ?ｈｅａｔ?ｓｏｕｒｃｅ?ａｒｅａｓ１７６＾??
?大连交通大学工学硕士学位论文???（剪切酣热／??＼＇?刀面热源￣??／?ｘ＃??图２．１切削三大热源区【６７］??Ｆｉｇ．?２．１?Ｔｈｒｅｅ?ｍａｊｏｒ?ｃｕｔｔｉｎｇ?ｈｅａｔ?ｓｏｕｒｃｅ?ａｒｅａｓ１７６＾??２．１．２傅立叶热传导定律和经典导热微分方程??由傅立叶定律可以得到导热体在单位时间内转移了多少热量。如图２．２所示，一导??热杆件两端的温度分别为７；和ｒ２?（７；?＞?ｒ２）（温差Ａｒ?＝?７；?－?ｒ２?），截面ｉ－ｉ通过的热流量为ｇ。??若截面的面积为则单位面积的热流量为??＾?＝?ｑ?（２－１）??Ａ??式中，ｑ为热流密度（Ｊ／〇ｘｎｖｓ））。??傅立叶证实了在固体的导热过程中，热流密度与温度梯度成正比，用??公式表示为：??ｑ＝－Ａ＾?（２．２）??ａｘ??式中比例常数；Ｉ是材料导热率（Ｗ／ｎｒＫ），物理意义是单位温度梯度影响下物体内产??生的热流密度，通常看做常数，当温度梯度变化较大时，取其平均值。热流方向若定义??为正值，负值代表温度梯度方向与之相反。??绝热?／??Ｑ?：！??ｎ?｜?Ｓｉ?ｎ??绝热?／??图２．２杆件导热示意图??Ｆｉｇ．?２．２?Ｈｅａｔ?ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｒｏｄ??１０??
第二章ＳｉＣｐ／Ａｌ复合材料超声振动车削温度场解析??将式（２．１）代入上式，即得傅立叶导热定律：??Ｑ?＝?－ＡＡ—?（２．３）??ｄｘ??上式还可以推广到多维导热。??要想利用热源法求解温度场，还必须了解导热微分方程：??＾?＝?＋?＾?＋?（２．４）??ｄｒ?ｌ＾Ｓｘ：２?ｄｙ＇?ｄｚ￣?ｙ??式中ｒ为温度值，ｒ为时间，为座标值，ａ为固体材料的热扩散率。??了解了傅立叶变换，就可以用傅立叶变换法求解导热微分方程，可解得点热源在无??限大介质中瞬时发出一定热量后的任何时刻的温度场［８（＞１。??２．１．３热源法求解温度场理论??热源法是由傅立叶变换法求解导热微分方程得出。正确使用热源法建立固体导热温??度场模型的前提是确定热源状况。热源的具体状况要根据实际加工情况确定，各种温度??场解析公式的确定都是由最基本的热源状况演变而来：瞬时静止发热的无限大介质中的??点状热源，如图２．３所示。??＂Ｙ??／???／?？?１??？?？?Ｉ??／?／?；??／?Ｍ（ｘ，ｙｔｚ）?／??ｒ?：??ｘ??图２．３瞬时静止发热的点状热源??Ｆｉｇ．?２．３?Ｐｏｉｎｔ－ｌｉｋｅ?ｈｅａｔ?ｓｏｕｒｃｅ?ｗｉｔｈ?ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ?ｓｔａｔｉｃ??瞬时静止发热的无限大介质中的点状热源的热源状况是将点状热源放置在坐标原??点，其温度场解析式如式２．５：??１１??
【参考文献】：
期刊论文
[1]切削过程切削表层应力与温度的仿真分析[J]. 宋轶. 科技创新与应用. 2018(20)
[2]基于热力耦合的金属切削过程分析及实验验证[J]. 杨永刚,陈燕青. 中国民航大学学报. 2018(02)
[3]钛合金铣削刀具/工件接触区域温度预测[J]. 刘具龙,张璧,白倩,程博. 航空学报. 2018(12)
[4]超声高速铣削SiCP/Al试验研究[J]. 董小磊,张鹏. 机械工程师. 2018(03)
[5]基于ABAQUS/Explicit的SiCp/Al复合材料微细切削有限元仿真研究[J]. 孙素杰,董志国,刘建成,轧刚. 工具技术. 2018(02)
[6]超声振动车削TC4钛合金的切削性能研究[J]. 胡智特,秦娜,刘凡. 机械设计与制造. 2018(02)
[7]高速切削45钢切削温度场仿真研究[J]. 赵晶晶. 南方农机. 2018(02)
[8]金属切削温度测量方法研究[J]. 张桂霞. 内燃机与配件. 2017(14)
[9]瞬态切削用智能测温刀具的研究[J]. 崔云先,张博文,丁万昱,阎长罡,刘义. 机械工程学报. 2017(21)
[10]脆性材料切削温度理论模型及实验研究[J]. 赫培,马廉洁,郭亚鹏,邓航,王华,毕长波,李祺,万学文. 人工晶体学报. 2017(03)
硕士论文
[1]不同振动方式下的钛合金振动辅助铣削工艺效果研究[D]. 武民.河南科技学院 2018
[2]钛合金螺旋铣孔试验研究[D]. 王欢.大连理工大学 2015
[3]高应变率下损伤容限型钛合金的动态力学性能及断裂行为研究[D]. 张长清.南京航空航天大学 2015
[4]金属高速切削模拟中基于物理的本构模型的应用[D]. 刘鹏辉.浙江大学 2013
[5]超薄切削塑性材料温度场的计算[D]. 付秀蓉.燕山大学 2013
[6]SiCp/Al复合材料磨削温度场的研究[D]. 张春阳.沈阳理工大学 2012
[7]超声铣削SiCp/Al复合材料的机理研究[D]. 董小磊.河南理工大学 2009
[8]高速铣削钛合金的切削温度研究[D]. 舒畅.南京航空航天大学 2005
[9]正交金属切削温度场的计算与模拟[D]. 姚永琪.浙江大学 2004
本文编号：2976120
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