基于有限元分析的高速切削温度场建模与仿真

为了研究高速切削加工过程中的温度场分布情况,根据金属切削平面应变原理及温度场的有限元理论,通过对材料本构模型、刀-屑接触摩擦等关键物理环节建模,建立了正交切削有限元模型.采用伴随刀具行程移动的网格窗口描述切削区的局部大变形,使用摩擦窗口表述刀/屑间的摩擦关系,设定合适的热边界条件和形变边界条件对高速切削AISI-1045钢的温度场进行数值模拟.研究表明,最高温度集中在刀/屑接触面上刀尖附近的局部区域;刀具最高温度点位于前刀面上距刀尖不远处;工件内部温度几乎不变,仅表面的薄层发生温度变化;切削速度对切削温度影响很大,高速时温升变缓;切削厚度对切削温度影响较小.     

PCBN刀具硬态切削淬硬轴承钢的数值模拟与实验研究

通过运用建立的倒棱PCBN刀具切削淬硬轴承钢GCr15热力耦合有限元模型,研究了锯齿形切屑形成过程中,倒棱角度对切削力和切削温度分布的影响规律.通过切削实验对有限元结果进行验证,发现二者具有较好的一致性.研究结果表明:随着倒棱角度的增大,主切削力和径向力增大,径向力增加尤为显著,整个切削过程中径向力都小于主切削力.切削温度随着倒棱角度的增大也逐渐增大,最高切削温度位于切屑和倒棱刃口接触表面上距离刀尖0.1-0.15mm处.锯齿形切屑产生导致切削力周期性变化.     

高速切削过程数值模拟的研究进展

近年来,有限元仿真技术在高速加工模拟中越来越受到广泛的应用,在研究高速加工机理、切削工艺参数方面具有不可替代的作用.介绍了国内外高速切削过程教值仿真技术的研究进展,阐述了高速切削过程数值仿真的关键技术,包括材料的本构模型、温度场和热力的耦合、切屑与工件的分离和断裂、切屑与刀具的接触和摩擦、网格控制等技术;还总结了数值仿真技术在高速切削几个方面的应用,主要包括切屑的形成、刀具切入过程刀具磨损与破损、难加工材料的可加工性、切屑的控制与刀具设计;最后还对高速切削过程数值仿真的发展方向作了初步的探讨.     

硬态切削过程建模技术研究发展

硬态切削以加工柔性好、经济性和环保性好等特点，在汽车行业、轴承行业、液压行业等被广泛采用。而针对于预测硬态切削加工性能和优化加工参数等方面，仿真建模技术不仅起到了重要作用，还能更好地反映切削加工本质，对实际生产加工具有一定的理论指导作用。对国内外硬态切削仿真建模方法进行了介绍，综述了切屑形成、切削力、切削温度、刀具磨损和已加工表面质量的仿真建模方法，并对其今后的发展方向进行了初步的展望。     

精密超声振动切削单晶铜的计算机仿真研究

精密超声振动车削是一种非常有应用前景的加工技术，是将一定振幅（一般小于30微米）的高频振动添加到刀具的运动过程的加工方法。对金属的超声波振动正交切削加工进行了非线性弹塑性有限元模拟分析，采用新的材料本构关系模型，在考虑刀具与工件间的存在摩擦的情况下，对超声波振动切削的一个周期进行了细节的分析，给出了振动加工过程中应力分布的变化和切削区温度分布的变化规律．揭示了振动车削降低切削力、切削热的原因。     

面铣刀铣削表面微观几何形貌仿真

应用计算机仿真可以预测被加工表面微观几何形貌和表面粗糙度,为切削参数及刀具的合理选择提供依据.以面铣刀为研究对象,通过建立了面铣刀加工数学模型,给出了面铣刀铣削表面微观几何形貌仿真算法,并开发了相应的铣削表面形貌仿真系统.基于该仿真系统,研究了面铣刀铣削参数及刀具几何角度对被加工表面微观几何形貌及粗糙度的影响规律,得出了对一些对实际加工具有指导意义的结论.     

基于FEM与SPH耦合算法的金属切削仿真研究

采用FEM与SPH耦合算法进行了金属切削加工仿真研究,模拟了切削过程中材料的本构行为模拟结果表明,切削过程是切削层材料受到刀具的推挤后而产生的以剪切滑移为主的塑性变形过程;在切削过程中,切削力从零开始迅速增大,然后又减小,最后在一定范围内变动;稳定切削后,前刀面上的最大等效应力在距离切削刃一定距离处上下波动.与有限元仿真结果相比较,材料的变形情况与应力分布基本相符,验证了FEM与SPH耦合算法应用于金属切削仿真研究的可靠性.     

基于流固耦合算法的单颗磨粒切削仿真研究

基于欧拉/拉格朗日耦合算法,采用四棱锥模拟磨粒的切刃,进行了单颗磨粒的三维切削仿真.该方法解决了传统有限元法进行切削仿真时易于发生单元畸变的问题.仿真结果表明,磨粒的挤压使工件材料向前方及两侧流动而产生隆起,侧向隆起高度及范围逐渐增大,形成切屑后基本保持不变;磨粒切削刃处的工件材料变形剧烈,产生较大的加工应力,在沟槽侧面及底面留下较大的残余应力并产生较高的温度;磨粒刃尖处的接触应力最大,并沿着棱边向上迅速降低.     

偏最小二乘回归在刀具磨损试验建模中的应用

应用灰色关联度筛选变量，将样本变量筛选为部分样本变量和全部样本变量组合用于建模的自变量，以刀具后刀面磨损量作为因变量，对不同切削条件下铣削加工过程刀具后刀面磨损的多组实验数据，采用偏最小二乘回归分析方法，建立对所选自变量的偏最小二乘回归模型。结果表明，该方法提取的成分具有线性无关的特点，对刀具磨损有较好的解释能力，且利于建模和预测，同时可以消除输入因素的多重共线性。刀具磨损的回归模型计算出不同切削条件下刀具后刀面的磨损量，以全部样本变量所建立的模型预测效果更为理想。     

基于神经网络的数控超声加工效果建模与仿真

为精确地预测数控超声加工效果,应用神经网络理论建立了数控超声加工切削率BP、RBF两种神经网络模型。根据实际情况,进行了网络结构设计,比较了不同特征参数时网络模型的性能,并对所建模型进行了仿真验证。验证结果表明,预测数据与实测数据有较好的一致性,RBF网络数据比BP网络数据稳定,性能更优,当RBF网络中分布密度spread取2时,性能最优。说明可以使用神经网络模型对数控超声加工切削率进行预测。     

二维金属切削过程的数值模拟

本文基于数值模拟技术,借助于有限元软件成功地模拟了二维金属切削过程中切屑形成及切削区应力、应变变化的过程,计算出了剪切角及切削起始阶段切削力的变化,并通过实验验证了这一规律的正确性。该方法新颖、独特,从而为金属切削理论研究和刀具产品开发领域中提出一种更为有效、更为可靠的研究方法。     

一种基于四面体的软组织切割算法

手术仿真系统可以进行新的手术式的培训，也可以用来预演手术的整个过程以便事先发现手术中的问题，作为一个特殊的ＶＲ系统，手术仿真系统要求能够对手过程中的切割和缝合进行模拟，本文提出了一种在于局部处理的软件切割算法，可以较好地完成对于以四面体作为基元的有限元模型的实切割任务。     

逆变式等离子切割电源控制策略仿真研究

采用非线性控制法,将模糊控制技术融入逆变式等离子切割电源的控制器中,对电源动态特性进行优化.利用SIMULINK仿真技术,在常值无扰稳态、非周期性负载扰动、周期性负载扰动三种情况下,针对稳态精度、鲁棒性、响应速度等控制指标,进行模糊与传统P控制算法对比仿真实验.结果表明,模糊控制器使电源具备了良好的稳定鲁棒性,系统响应速度和谐波抑制能力都得到了明显改善.所搭建仿真模型准确、可靠,可以作为进一步研究等离子切割电源工作机理及算法优化的有效工具.     

用于触觉建模的生物组织切割特征多参量采集

基于图像及三维磁跟踪的方法，设计了生物组织切割过程的多参量（切割力，切割深度及切割速度）采集系统，并针对猪肝脏，心脏，肌肉等软组织进行了系统性能的实验验证；研究了手术刀在切割不同组织时，切割速度，切割深度等与切割反馈力，破裂极限间的相互关系，并初步给出了手术刀连续切割的力反馈触觉模型；为进一步研究生物组织的物理特性及基于真实的切割过程的手术模拟提供了实验条件。     

逆变式等离子弧切割电源的建模及仿真研究

采用基于Simulink的元件仿真技术,针对逆变式等离子弧切割电源本身具有非线性、时变性及混杂性特点,建立了基于PI调节的数字化逆变式切割电源系统仿真模型.并在此基础上,完成了对电感影响测试、死区效应、负载突变及切割外特性测试等动态过程的仿真.仿真结果表明,该模型充分体现各逆变电源参数对切割工艺的影响,并进一步验证了各参数变化规律与理论分析相符,该仿真模型是分析广义非线性混杂电力系统的有效工具.     

基于局部模型的多更新率切削仿真力觉渲染算法

提出了一种牙科手术虚拟现实模拟训练系统的力觉计算方法。为了保证切削仿真的逼真度、力觉计算的快速性和交互稳定性,提出了基于局部模型的多更新率体系架构的计算方案。仿真系统分解为三个不同计算频率的线程,即切削仿真、力觉伺服和图形显示线程。提出虚拟工具和切削工具的概念,实现交互力计算和牙齿三角片网格模型切削变形的协调;基于虚拟工具和牙齿三角片碰撞检测信息构造局部模型,实现力觉设备控制与切削仿真线程的解耦,降低了对切削仿真线程计算频率的要求;利用多线程技术保证图形显示和力觉显示的数据传输和时间同步。针对局部模型更新时的振荡问题,采用改进的恢复时间方法对局部模型进行插值,增强了仿真系统稳定性。基于力觉交互设备Phantom建立试验平台,开发了牙科手术力觉交互仿真软件,通过试验验证了本文算法的有效性。     

基于Matlab的往复式切割器割茬高度的动态仿真

通过对往复式切割器割茬高度二维分析，建立了标准型、低割型切割器茬高数学模型，采用Maclab软件提供的三维图像处理函数，动态模拟切割时割茬高度三维变化，结果表明：影响割茬高度主次因素为切割器类型、割台高度、切割速度比，对影响割茬高度参数进行数值拟合，并进行仿真计算，通过与实测结果相比，验证了割茬高度拟合模型的正确性。     

掘进机器人的仿形记忆截割建模与虚拟仿真

针对掘进机器人掘进过程中,因操作不当引起的尖峰负荷,及切割机构的非平稳振动,出现欠挖和超挖,机器损耗加剧问题,以悬臂掘进机巷道自动成形为研究对象,建立了掘进机仿形记忆截割的动态数学模型,推导出截割头运动到半圆拱形巷道边界时,悬臂偏移最大角度和油缸伸长量的通用公式,提出了使用数字液压缸来实现掘进机按照所给巷道运动时各个油缸伸长量的自动掘进控制方法,并利用Pro/E和Adams对EBZ-160型掘进机进行运动仿真和分析,验证了该模型的可行性和优越性,获得较好的仿真结果,具有广泛的通用性.