基于温度匹配法的平面磨削3D有限元仿真及试验

发布时间：2021-04-02 19:42

　　为了准确预测工件表面及亚表面不同深度的温度场变化,基于反热源原理,以实际测量的磨削温度为基础,采用温度匹配法建立适应真实磨削加工时接触区的热源模型。运用有限元法,仿真计算工件磨削温度场的变化,并与瑞利分布热源模型预测结果对比,对工件表面及亚表面不同深度磨削弧区的磨削温度场进行测量。结果表明:基于温度匹配法建立的热源模型模拟的表面及亚表面不同深度温度场与实测值具有很好的一致性,相对误差在3.0%～7.5%,比瑞利热源模型预测的温度场分布精度提高了近2倍。 

【文章来源】：金刚石与磨料磨具工程. 2020,40(05)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

热源模型建立方案

选择有限元分析软件ANSYS15.0仿真GCr12磨削温度场,具体步骤如图2所示。采用UG软件进行三维实体建模,工件尺寸见表1,然后导入ANSYS软件中,输入材料物理特性,选择单元类型为SOLID 70。定义网格类型为8node70,分别沿着Z轴、X轴和Y轴方向对实体边线进行25、100和100等分,采用Mapped命令4 to 6 sided进行网格划分。单元数量为250 000,对底面进行全约束,如图3所示。

根据文献[13]的磨削弧区温度值,采用Matlab软件进行计算和拟合,得出通过温度匹配法建立的热源模型函数为qwp(ξ)=2.890 0×e7[(ξ/lc)0.23-0.217 9×(ξ/lc)](以下简称“P4热源模型”)。对P4热源模型拟合显著性回归分析可得相关系数R2=0.996 9,表明曲线拟合效果很好。瑞利分布热源模型参考文献[14]。图4为温度测量与仿真结果比较。从图4中可得:文献[6]中基于瑞利分布热源模型计算出来的最高温度与实测温度值的相对误差为5.0%,本文瑞利分布计算出来的最高温度与实测值相对误差为4.3%。另外,基于瑞利分布热源模型计算出来的最高温度位置距离磨削起点7.7 mm,而本文采用瑞利分布时的最高温度位置在7.5 mm。说明瑞利分布热源模型能很好地预测磨削弧区表面温度,验证了文献[10]和[15]的结论。而根据有限元仿真时瑞利热源模型和P4热源模型运动速度和对应的时间,可得磨削弧区最高温度所对应的位置分别为7.2 mm和7.5 mm。说明P4热源模型仿真出来的温度场从温度值和热源形状分布等方面与热电偶测出来的温度场分布更加趋于一致。

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于有限元法的平面磨削热源模型的仿真研究[J]. 王艳,谢建华,熊巍,杨林,张省.  系统仿真学报. 2016(11)
[2]基于瑞利分布的平面磨削温度场的仿真研究[J]. 王艳,谢建华,刘建国,张省.  中国机械工程. 2015(04)
[3]平面磨削温度场三维数值模拟及其试验研究[J]. 毛聪,周志雄,周德旺,夏启龙.  系统仿真学报. 2009(24)



本文编号：3115845