预应力硬态切削的热力耦合模型及数值分析

基于预应力切削的原理,建立了模拟预应力硬态切削轴承套圈的热力耦合有限元模型,采用任意拉格朗日－欧拉方法(ALE)和网格自适应技术来实现切屑的分离。分析研究了工件材料的本构关系、刀屑接触面的摩擦模型以及热控制方程等切削模拟中的关键技术。将不同预应力条件下数值模拟结果与实验数据进行了比较和分析,两者具有较好的一致性。     

预应力硬态切削加工中残余应力的数值模拟

航空轴承外圈的疲劳裂纹分析表明,套圈表面的残余压应力分布致使轴承表面接触疲劳寿命降低。预应力切削是一种能主动控制加工表面的残余应力状态的方法,它是通过预先给工件施加一个弹性范围内的张应力后再进行切削加工。针对预应力硬态切削的特点,建立了切削模拟的三维热力耦合模型;分析研究了材料本构方程、任意拉格朗日-欧拉方法以及刀屑接触面的摩擦模型等切削模拟中的关键技术。最后,通过切削实验和有限元模拟,比较和分析了预应力硬态切削对加工表面应力状态的影响,证明了预应力切削方法能在加工表面产生残余压应力,从而提高加工表面的接触疲劳寿命。     

基于等效热-力载荷的20Cr2Ni4预应力车削残余应力模拟及实验

为快速准确预测20Cr₂Ni₄合金钢预应力车削表面残余应力的分布,基于等效热-力载荷建立三维有限元仿真模型,通过切削热-力模型确定等效热-力载荷的分布形状和强度,将切削过程等效为接触正应力、接触剪应力和热流通量在已加工表面的循环作用.模拟的残余应力分布趋势与测量结果基本吻合.基于上述模型研究了切削速度、进给量和预应力大小对残余应力分布的影响.结果表明,切削速度对残余应力分布影响不明显,减小进给量能使表面残余拉应力和最大残余压应力减弱,增加预应力能够有效地减小表面残余拉应力和增大最大残余压应力.      

陶瓷材料预应力加工的离散元模拟

基于离散元法,采用PFC2D软件中的Cluster方法建立陶瓷材料的BPM模型,此模型能描述陶瓷材料的沿晶断裂和穿晶断裂力学行为。采用预应力加工新工艺,对不同预应力条件下SiC陶瓷切削加工时裂纹的扩展过程进行离散元模拟。结果表明：采用离散元法模拟陶瓷材料在加工时裂纹的生成和扩展过程是有效的,并且在一定预应力条件下,预应力的增大能有效抑制加工过程中中位裂纹的扩展深度,缩短横向裂纹的扩展长度。     

基于热力耦合分析的预应力切削残余应力研究

对预应力切削的已加工表面残余应力状态进行热力耦合分析,通过对机械应力和热应力在工件表面分布的叠加,发现加工表面存在3种不同的残余应力类型,文中定性讨论了其产生条件,并进一步分析了刀具切削刃钝圆和预应力对工件表面残余应力状态的影响.最后采用不同钝圆半径的刀具和预应力对表面淬火硬化的40Cr合金钢进行硬态切削实验,并将实验结果与理论分析结果进行了对比.结果表明:切削刃钝圆影响残余应力的大小和分布;钝圆半径越大,残余压应力越大,应力层也越厚;预应力可以有效提高加工表面的残余压应力,而对其分布基本没有影响;实验结果和理论分析相吻合,说明文中理论分析是正确的.     

预应力硬态切削的残余应力及表面形态

理论分析和实践表明,已加工表面上合适的残余压应力分布能提高机器零部件的表面质量和接触疲劳寿命.文中针对轴承套圈外滚道表面的残余应力问题,采用预应力硬态切削方法,来主动控制轴承零件加工表面的残余应力状态,提高轴承零件的疲劳寿命.通过切削实验对比,分析了硬态干式切削、预应力硬态切削和磨削三种方法加工轴承套圈得到的加工表面残余应力和加工表面硬度,并对轴承套圈的加工表面形貌和状态进行了研究.结果表明,预应力硬态切削方法可以在轴承套圈加工表面获得合适的残余压应力状态和良好的表面质量.     

干切削过程中切削力和切削温度的数值模拟及试验

建立了基于拉格朗日增量法的切削有限元模拟模型并分析了正交干切削6061-T6过程中切削力以及切削温度的变化.工件材料的流动应力看成是应力、应变以及温度的函数.模拟过程从刀具切入工件开始直到达到稳态.计算结果包括切屑形态,以及应变、应力、应变速度和温度的分布.同样条件下的多组切削试验用于验证有限元模型的正确性.     

PHC管桩受弯承载力非线性分析

基于ABAQUS软件,对预应力高强混凝土(PHC)管桩受弯承载力进行非线性数值模拟.采用降温法施加预应力,混凝土本构采用损伤塑性模型,预应力筋采用弹塑性模型.对比PHC管桩线弹性模拟与非线性模拟可知:两种分析方法在管桩开裂前的受力性状是一致,但在管桩进一步受力破坏时表现出很大差别.将非线性模拟得到的开裂弯矩、极限弯矩与先张法预应力混凝土管桩中管桩抗弯性能表所提供的开裂弯矩和极限弯矩进行比较.结果表明:文中采用的本构模型和模拟参数是可靠的.     

预应力混凝土梁疲劳挠度计算的神经网络模型

在分析多种疲劳损伤累积准则的基础之上,针对混凝土材料疲劳损伤发展受多种因素影响,损伤累积过程表现出非线性,难以用较准确的数学函数模型对其进行描述和分析的问题,建立了基于神经网络的预应力混凝土梁疲劳挠度计算的仿真模型,提出了3种仿真模拟方法,并在结合预应力混凝土梁疲劳实验结果分析的基础上,分析了各方法的精度、优势和适用范围.结果表明,3种仿真模型误差范围在5%~15%之间,可用于预应力混凝土桥梁结构抗疲劳设计及疲劳耐久性评估.建议根据不同情况需求选取合理高效的仿真模拟方法.     

螺杆的预应力硬态切削加工

基于预应力切削原理,设计了一种用于车削加工的预应力加载装置,以解决对工件施加较大预应力同时进行车削的难题;采用PCBN刀具对加载不同预应力的螺杆进行了车削实验,研究了不同预应力条件下工件的预应力、工件表面的残余应力、工件表面粗糙度、预应力对切削力的影响以及PCBN刀具的磨损情况,并与普通硬态切削加工进行比较.实验结果表...