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.     

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。     

单晶铜AFM加工过程的分子动力学模拟

建立了AFM针尖切削单晶铜的分子动力学模型。分别采用对势Morse势和多体势EAM势计算工件原子之间的相互作用,研究了不同势能函数对模拟结果的影响。发现两种不同势能函数作用下切屑和加工表面的形成的差别很小,但是用Morse势时系统的势能和牛顿层的温度比用EAM势时要大。用EAM势计算工件原子之间的相互作用,分析了不同切削深度下系统势能、工件单个原子势能的变化,发现随着切削深度的增加,系统势能增长的斜率增加,单个工件原子势能突变的梯度减小。     

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.     

触觉交互系统中牙齿网格模型被切削过程的图形仿真

介绍了在牙科手术训练触觉交互系统的虚拟手术环境中，通过构成牙齿的网格变形和剖分实现牙齿被切削时材料去除过程的图形仿真。在虚拟环境中，当工具切削牙齿时，所有进入工具空间范围的顶点都会沿着与工具轴线垂直的方向映射到工具表面，同时这个过程中产生的所有狭长三角片及其相关三角片都会被细分。通过网格变形和剖分算法可以动态的实现牙齿被切削过程的形状变化，图形显示逼真同时没有滞后。     

钻井液控制锥阀阀口处流场的数值仿真

基于计算流体力学方法,采用幂律流变模型和RNGk-ε湍流模型对钻井液雏阈阀口处的内部流场进行数值仿真计算.通过对流场内流线形状、压力和流速的大小及其分布情况进行分析,着重研究了阀芯半锥角、阀芯前部过渡圆弧、阀座倒角等对钻井液锥阀流场的影响.结论如下:(1)随阀芯半锥角的增加,阀芯锥面与柱面交界处的压力有先减小后增大的趋势;(2)阀芯锥面与柱面交界处的过渡圆弧有利于改善该处压力状况,但圆孤半径增大到一定程度后,压力变化不再显著;(3)阀座处倒角后,能量损失减小,但阀口处压力降低,且倒角长度愈长,压力愈低.     

卫星导航系统点波束功率增强信号参数优化设计

导航卫星面向特定区域播发点波束功率增强信号, 是提高导航信号抗干扰性能的一种有效措施。针对点波束功率增强信号具有波束宽度窄、指向可变的特点, 研究了信号功率增强幅度、半波束角和扫描角等工作参数对覆盖性能的影响。分析结果表明, 功率增强幅度在0~20 dB变化时, 等效载噪比线性增加, 具有最好的增强效果。当高轨地球同步轨道(geosynchronous earth orbit, GEO)/倾斜地球同步轨道(inclined geosynchronous earth orbit, IGSO)卫星和中轨道(medium earth orbit, MEO)天线半波束角分别为0.86°和1.31°时, 在卫星发射总功率不变的条件下可实现20 dB的点波束功率增强, 对应的作用区半径分别为542 km和494 km。当GEO/IGSO卫星和MEO卫星天线扫描角分别取7.79°和11.90°时, 最大功率增强覆盖范围半径可达到9 046 km和8 538 km。     

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.     

功耗限制下高频功率变压器动态模型的研究

当采用计算机仿真进行开关电源设计时,变压器模型的精度对仿真结果的影响是非常大的;尤其当开关频率较高时,现有磁性器件模型因无法描述绕组的趋肤效应、磁芯材料的非线性等,而使得仿真精度急剧下降。本文提出了一种功耗限制下的动态变压器模型,在仿真运行期间其参数可根据工作温度的变化由软件动态调整,使得该模型能够很好地描述在不同工作温度下物理器件的特性,具有良好的精度。同时利用该模型可在仿真中得到变压器的功率损耗大小和温度变化曲线。     

并联机床虚拟样机建模与加工过程动力学仿真

为了实现并联机床性能的真实预测,确保加工过程的安全性,提出了基于Adams的并联机床加工过程的动力学仿真方法。在包括螺旋副在内的仿真模型的各个运动关节加载了摩擦力,实现了仿真模型与实际机床的高度仿真;根据NC文件和切削参数,建立并联机床加工过程的切削力模型和运动控制模型,实现了机床加工零件全过程的动力学仿真。对5-UPS/PRPU并联机床的加工过程进行了仿真分析,仿真结果准确的预测了实际加工中可能出现的问题。该方法简单、准确、可靠、实用性强。     

先细分后分裂的新式四面体网格交互切割方法

提出了一种新式的由四面体网格构成的三维模型的交互切割方法。切割方法首先将四面体网格细分从而消除边交点和面交点,然后分裂面、边和顶点来形成切口。与以前的切割方法相比,该方法避免了繁琐的分类处理,在任何切割状态下均可产生合理的分裂结果,并且可以有效地处理切割刀大角度转向的情况。最后给出了切割方法的实现和对不同模型进行切割的效果。     

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。     

A control algorithm for rapid movements near the radius compensation singularity in five-axis end milling

When the five-axis CNC system executes the 3D cutter radius compensation function, the angle between two adjacent radius compensation vectors might become very large and the linear axes would move too fast if the tool orientation vector is close to the surface normal. The reason that results in this phenomenon is analyzed based on building the transmission relationship between the cutter contact point and the cutter location point. By taking the square-end tool as an example, an optimization algorithm to control the undesired movements is advanced. For the singular area where sudden change exists, the number of interpolation cycles is determined by the cutter feedrate, the limit speeds of machine axes and the maximum allowable angle between radius compensation vectors of adjacent NC blocks. The radius compensation vector of each interpolation cycle is obtained by a kind of vector rotation method. By maintaining the perpendicularity between the radius compensationvector and the tool orientation vector, the rapid movements of the linear axes are eliminated. A trial-cut experiment is performed to verify the correctness and the effectiveness of the proposed algorithm.     

基于ObjectARX的车铣复合数控机床虚拟加工仿真研究

以优化产品的制造工艺过程、保证产品的制造质量、制造周期为目标的虚拟加工技术通过对以真实加工条件为依据的加工过程进行实时动态模拟,检验产品的可制造性、加工方法和工艺的合理性.针对由两个回转运动构成的新型多功能车铣复合数控机床,应用AutoCAD二次开发工具ObjectARX,根据机床切削加工的数学模型、插补算法及运动控制原理,研究开发了的加工仿真软件系统,实现了AutoCAD造型与CNC仿真的有机结合,完成高效NC代码驱动的实时加工过程仿真.     

虚拟手术中基于凸多边形的软组织切割算法研究

虚拟手术仿真系统为医学教学提供了一种方便、廉价、有效的方法。切割模拟是该系统重要组成部分,影响整个系统的实时性和真实性,因此对整个切割过程进行深入研究并提出了基于凸多边形的切割算法。首先通过遍历优化索引结构后的八叉树来寻找切割起点,由起点开始,以切割轨迹为参照,采用邻居搜索策略寻找所有被切割的三角形,然后通过引入辅助单元组成凸多边形,再对凸多边形进行三角剖分,以实现网格重构。实验证明新的剖分算法抑制了模型单元数量的急剧增长,提高了三角形重构的质量。     

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。     

CNC铣齿机床加工曲线齿锥齿轮仿真系统的研究

从空间占位角度对曲线齿锥齿轮加工过程进行了分析，得出了建立CNC铣齿机床加工仿真系统的基本思想。以AutoCAD为开发平台，建立了简化后的刀具和齿轮毛坯实体零件库；同时，将CNC铣齿机床各轴运动转化到刀具和齿轮毛坯的相对位置调整，通过刀具和齿轮毛坯的相减布尔运算实现了仿真切齿过程。最后给出了加工仿真实例和实际加工结果，验证了加工仿真方法的正确性。为设计和制造都很复杂的曲线齿锥齿轮加工提供了一个非常形象的加工仿真工具。     

基于八叉树优化的MoM-PO/PTD混合算法分析目标电磁散射及辐射问题

在综合利用矩量法(method of moments, MoM)和物理光学(physical optics, PO)方法的过程中, 要精准识别和划分PO位置处于点光源照射情况下的暗区和亮区。传统的识别划分手段的时间复杂度为O(N²), 当面片数量N增多时, 所需的时间呈现出急剧增长的趋势。文中应用八叉树和后向追踪算法, 对PO亮区判断过程进行加速, 可将时间复杂度由N²降为NlgN。由于计算PO区域电流时没有考虑边缘绕射造成的影响, 导致计算误差较大。鉴于此, 本文在计算过程中引入物理绕射理论对混合算法加以改进, 并通过与FEKO中的MoM相比较, 说明了修正后的混合算法能够有效提升计算精度。