面向45~#钢切削残余应力仿真的JC本构模型参数和刀—屑摩擦系数的确定

发布时间：2017-08-30 02:34

  本文关键词：面向45~#钢切削残余应力仿真的JC本构模型参数和刀—屑摩擦系数的确定

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【摘要】：在加工过程中,零件表面无可避免地会产生残余应力,残余应力直接影响加工零件的使用性能和疲劳寿命,使用有限元软件对切削过程中的残余应力进行仿真是研究残余应力的一种重要手段,建立准确的残余应力仿真模型对于指导生产加工具有重要的工程应用价值。有限元关键技术中的工件的材料本构模型和刀-屑摩擦系数对残余应力仿真结果有着重要的影响,准确确定仿真过程中的材料本构模型参数和刀-屑摩擦系数是提高残余应力仿真精度的关键。基于专业切削有限元软件Advant Edge FEM研究45#钢不同的JC本构模型和刀-屑摩擦系数对切削力和残余应力仿真结果的影响,得出了主切削力对本构模型参数的变化更为敏感而进给力对刀-屑摩擦系数的变化更为敏感这一结论。提出结合有限元法和切削实验确定45#钢的JC本构模型参数和刀-屑摩擦系数的方法,以提高切削残余应力的仿真精度。对有限元反向求解法做出改进并以此确定45#钢JC本构模型参数,与未改进的方法相比,保持相同的切削力预测精度,却减少了40%工作量;与通过切削试验法和SHPB实验确定的材料JC本构模型参数相比,具有更高的切削力预测精度,表明了改进的有限元反向求解法的高效性和合理性。结合有限元法和正交车削试验确定刀-屑摩擦系数,并建立刀-屑摩擦系数关于切削变量和刀具前角的经验模型;确定不同切削条件下的刀-屑摩擦系数并将其代入有限元软件进行切削力仿真,主切削力和进给力的平均相对误差分别为12.46%、2.99%。最后根据所提方法确定45#钢的JC本构模型参数和刀-屑摩擦系数并建立切削残余应力的仿真模型,提取最大残余拉应力仿真值,与实验实测值进行比较,平均误差为7%;同时,仿真残余应力与实测残余应力的分布趋势大致吻合,证明所提方法的可行性和正确性。
【关键词】：残余应力 有限元法 JC本构模型 刀-屑摩擦系数
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG501
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 1 绪论8-16
• 1.1 课题的来源、目的及意义8-9
• 1.2 国内外研究现状9-14
• 1.3 主要研究内容及结构安排14-15
• 1.4 本章小结15-16
• 2 不同的 45~#钢JC本构模型和刀-屑摩擦系数对仿真结果影响的分析16-26
• 2.1 Advant Edge有限元软件概述和正交切削45~#钢有限元模拟16-18
• 2.2 材料JC本构模型对仿真结果影响的分析18-22
• 2.3 刀-屑摩擦系数对仿真结果影响的分析22-25
• 2.4 本章小结25-26
• 3 45~#钢JC本构模型参数的确定26-40
• 3.1 基于有限元法确定材料JC本构模型参数26-34
• 3.2 基于DPZD模型确定材料JC本构模型参数34-37
• 3.3 确定材料JC本构模型参数方法的比较37-39
• 3.4 本章小结39-40
• 4 刀-屑摩擦系数模型的建立及分析40-50
• 4.1 刀-屑摩擦系数的确定方法40-41
• 4.2 刀-屑摩擦系数模型的建立与验证41-46
• 4.3 刀-屑摩擦系数模型的分析46-49
• 4.4 本章小结49-50
• 5 切削残余应力仿真模型的建立及残余应力预测50-55
• 5.1 残余应力产生机理50
• 5.2 切削残余应力仿真模型的建立50-51
• 5.3 残余应力预测51-53
• 5.4 本章小结53-55
• 6 总结与展望55-57
• 6.1 全文总结55-56
• 6.2 研究展望56-57
• 致谢57-58
• 参考文献58-63
• 附录1 攻读硕士学位期间发表的学术论文63

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本文编号：756802