三维金属切削过程的有限元模拟

发布时间：2017-05-14 17:23

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【摘要】： 在金属切削加工中,对切削过程的研究有着重要的意义。已有的研究表明,数值方法是研究切削加工过程的一种有效手段。为此,本文采用三维热力耦合有限元模拟技术,对金属切削过程进行了系统的研究。 本文首先系统分析了金属切削过程的有限元建模理论,建立了金属切削三维热力耦合刚粘塑性有限元模型,确定了材料模型、切屑分离准则、网格划分、接触摩擦模型、磨损模型和边界条件等。基于DEFORM-3D软件平台,成功地模拟了金属切削加工过程。揭示了等效应变、温度场、刀具磨损的分布规律。模拟结果表明该模型是可靠的。 研究揭示了主要工艺参数对切屑变形、切削力、切削温度、刀具磨损的影响规律。通过与理论分析的比较,验证了数值模拟的可行性,为工艺参数优化、切削质量控制及刀具设计提供了依据。
【关键词】：切削 三维数值模拟 刚粘塑性有限元 热力耦合
【学位授予单位】：华北电力大学（北京）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TG506
【目录】：

• 中文摘要3
• 英文摘要3-7
• 第一章 绪论7-11
• 1.1 引言7
• 1.2 研究背景及国内外研究现状7-10
• 1.3 本文的主要工作10-11
• 第二章 DEFORM-3D有限元软件概述11-16
• 2.1 DEFROM-3D软件简介11-13
• 2.1.1 DEFORM-3D的特点11-12
• 2.1.2 DEFORM的理论基础12-13
• 2.2 DEFORM-3D软件的主界面及模块结构13-15
• 2.2.1 DEFORM-3D的主界面13
• 2.2.2 DEFORM-3D的模块结构13-15
• 2.3 DEFORM-3D有关功能模块在本课题研究中的应用15
• 2.4 本章小结15-16
• 第三章 金属切削过程仿真的有限元基础理论16-28
• 3.1 有限单元分析方法概述16-19
• 3.2 金属塑性成形有限元概述19-20
• 3.2.1 弹（粘）塑性有限元法19-20
• 3.2.2 刚（粘）塑性有限元法20
• 3.3 刚-粘塑性有限元法的基本假设、基本方程与基本原理20-25
• 3.3.1 刚-粘塑性有限元法的基本假设20-21
• 3.3.2 刚-粘塑性材料流动的基本方程21-22
• 3.3.3 Markov变分原理22-23
• 3.3.4 基于罚函数法的刚-粘塑性有限元求解列式23-25
• 3.4 三维塑性成形过程中的传热问题的基本理论25-27
• 3.4.1 三维瞬态传热问题的基本方程25-26
• 3.4.2 初始条件和边界条件26-27
• 3.4.3 传热问题的变分原理27
• 3.5 本章小结27-28
• 第四章 基于DEFORM-3D的切削模型的建立28-36
• 4.1 几何及材料模型的建立28-30
• 4.1.1 几何模型的建立28-29
• 4.1.2 材料模型的建立29-30
• 4.2 网格划分及动态自适应网格重划30-31
• 4.3 刀屑分离准则31-32
• 4.4 摩擦模型的建立及接触问题的处理32-34
• 4.4.1 摩擦模型的建立32-33
• 4.4.2 接触问题的处理33-34
• 4.5 刀具磨损模型34
• 4.6 热力耦合分析技术及传热边界条件34-35
• 4.7 本章小结35-36
• 第五章 切削模型计算结果及分析36-51
• 5.1 切削过程的模拟结果36-40
• 5.1.1 切屑的形成过程36
• 5.1.2 切削力的提取36-37
• 5.1.3 切削应力分布37-38
• 5.1.4 切削应变的分布38-39
• 5.1.5 切削温度场的分布39-40
• 5.1.6 刀面的磨损分布40
• 5.2 切削参数对主切削力的影响40-42
• 5.2.1 切削速度对主切削力的影响40-41
• 5.2.2 进给量对主切削力的影响41
• 5.2.3 切削深度对主切削力的影响41-42
• 5.3 切削参数对切削温度的影响42-44
• 5.3.1 切削速度对切削温度的影响42-43
• 5.3.2 进给量对切削温度的影响43
• 5.3.3 切削深度对切削温度的影响43-44
• 5.4 切削参数对刀具磨损的影响44-47
• 5.4.1 切削参数对前刀面磨损的影响44-46
• 5.4.2 切削参数对后刀面磨损量的影响46-47
• 5.5 刀-屑摩擦系数对仿真结果的影响47-49
• 5.5.1 对主切削力、切削温度及前刀面磨损的影响47
• 5.5.2 对切屑变形的影响47-48
• 5.5.3 对剪切角的影响48-49
• 5.6 本章小结49-51
• 第六章 结论51-53
• 参考文献53-57
• 致谢57-58
• 在学期间发表论文和参加科研情况58

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 王永胜;胡青春;;基于有限元的切削加工仿真及残余应力分析[J];工具技术;2011年02期

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3 郝见喜;董长双;;基于自由切削理论的高进给铣刀片结构优化[J];煤矿机械;2013年03期

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本文编号：365813