基于ANSYS的石英玻璃超声振动辅助微磨削温度场研究

对脆硬材料的超声振动辅助微磨削温度场有限元仿真进行研究。首先建立了超声振动辅助微磨削的能量分配比模型,基于能量分配比模型得到进入工件的热流量;其次,为验证理论解析模型,基于ANSYS建立了超声振动辅助微磨削的有限元模型,采用APDL语言对超声振动辅助微磨削温度场进行三维有限元仿真,仿真结果直观地揭示了三维温度场的形态特征和趋势规律。最后研究分析了不同磨削参数下石英玻璃磨削温度场的变化规律和边界尺寸效应。     

超声振动辅助微磨削温度场的实验研究

采用热电偶方法,对石英玻璃工件进行有、无超声振动的磨削温度实验研究。首先选择合适的热电偶及热电偶测温方法;然后设计了超声振动辅助微磨削实验方案并分析超声振动在不同加工参数下对磨削温度场的影响。实验结果表明:超声振动能够有效的降低磨削过程中的温度。     

镍基单晶高温合金微尺度磨削温度仿真

针对镍基单晶高温合金具有较强各向异性以及镍基单晶高温合金微尺度磨削温度场研究较少的情况,建立了基于Hill模型的三维磨削温度仿真模型,并采用任意拉格朗日－欧拉法(ALE),实现单晶材料微磨削过程有限元温度仿真,分析微磨削过程中的温度场分布及其变化情况,研究了不同磨削深度、磨削速度以及不同晶面(100),(110)和(111)对微磨削温度的影响规律.结果显示:微磨削高温区发生在磨粒前表面与工件接触的半椭圆形区域,即第Ⅱ温度区;磨削区域温度随着磨削深度增加而增加,随着主轴转速增加而增加;在镍基单晶高温合金不同晶面内微磨削时,(111)晶面温度最高,(110)晶面次之,(100)面微磨削温度最小.     

磨削弧区热源分布形状研究

为了研究磨削力与磨削热耦合作用的残余应力场,基于磨粒轨迹分析和磨粒接触分析,采用概率统计的方法建立了磨削弧区热源分布模型。模型分析了磨削弧区热量分配关系,不需预先假设沿磨削弧总热源分布形状及热量分配比一致,即可获得磨削弧区热源分布形状,解决了以往热源分布形状常被假设为矩形和直角三角形,但矩形热源和直角三角形热源并不能准确地描述热源分布形状的问题。采用有限元法仿真分析了工件磨削温度场,采用热成像仪实测了磨削温度场,并将磨削温度场有限元仿真结果和热成像仪测量结果进行了对比分析,结果表明:有限元模拟结果与热成像仪测量结果具有很好的一致性,磨削弧区最高温度预测值与实测值之间的误差在2.24%~15.3%范围内;直角三角形热源并不能准确地描述磨削弧区热源分布形状;磨削弧区热源分布形状更接近四次多项式函数曲线。     

高速点磨削温度场仿真及其影响分析

分析了点磨削与普通外圆磨削接触区域的不同,基于热源温度场分布和传热理论,建立了高速点磨削下温度场的理论模型和有限元模型.运用ANSYS对高速点磨削下工件与砂轮接触区域的温度场进行三维仿真,得到了接触区域温度场的分布及温度随时间变化的曲线,总结出最高温度与点磨削变量倾角α的关系,当α不为零时,磨削区域的温度低于普通外圆磨削.通过观测磨削后的工件表面金相组织可知,高速点磨削下仍出现了很薄的磨削变质层,验证了理论分析,为高速点磨削温度场的进一步研究提供了参考依据.     

超声磨削加工硬质合金材料的仿真分析

介绍了超声振动辅助磨削基于单个磨粒运动学、动力学和塑脆变形机理研究的研究现状。通过ANSYS/LS-DYNA对磨削加工和超声振动进行复合建模,生成磨削加工仿真过程的应力、应变云图和有效应力曲线,分析在限定条件下的工具几何尺寸、磨削深度、加工速度及施加超声振动对磨削加工结果的影响。     

磨削淬硬加工区域温度的数值模拟

磨削淬硬是利用磨削加工中产生的热——机械复合作用直接对零件表面进行热处理，使工件表面层发生马氏体相变，达到与表面热处理一样性能的一种新技术．本文利用伽辽金方法建立了磨削淬硬加工温度场的有限元模型，并采用三角形热源模型基于ANSYS有限元分析软件对其温度场进行了数值计算．基于温度场数值计算与模拟结果对磨削淬硬加工淬硬层厚度进行了预测，并与实验结果进行了对比，验证了仿真结果的合理性．     

基于烧伤控制的18CrNi4A材料齿轮磨削工艺研究

为对18CrNi4A材料齿轮加工过程中出现的磨削烧伤现象进行有效控制与预防,从而达到改进工艺、延长寿命的目标,利用ABAQUS有限元仿真方法,建立了齿轮磨削仿真模型,研究了18CrNi4A材料齿轮磨削过程中砂轮线速度、磨削切深等工艺参数对磨削温度场的影响规律,确立了各工艺参数对磨削温度场影响的权重,为实现基于烧伤性能变化的磨削参数控制研究提供了参考.进行了18CrNi4A材料齿轮磨削加工试验,验证了有限元仿真分析的可信性,并得到了18CrNi4A材料的磨削烧伤临界温度,能够对18CrNi4A材料齿轮磨削加工工艺参数的确定提供一定的理论指导.      

超声磨削单颗磨粒磨削温度预测与试验研究

为了解决单颗磨粒磨削下磨削区最高温度无法直接通过试验准确测得的问题,基于超声磨削单颗磨粒磨削力公式以及传热理论,推导超声磨削工艺下的热源强度计算公式,通过有限元软件计算单颗磨粒作用下超声磨削温度场分布以及磨削的最高温度,研究各项磨削参数对单颗磨粒磨削区最高温度的影响.给出一种测量磨削温度的测试方法,在同等磨削参数下,磨削区域平均温度的实测值与仿真结果相差在10%以内,验证了该超声磨削单颗磨粒磨削温度场仿真计算方法的正确性.     

超声振动辅助摩擦堆焊热-流耦合数值模拟

传统摩擦堆焊能量输入形式单一，随着堆焊材料强度的提高，堆焊过程中需要施加更大的轴向压力和转矩，极大限制其推广应用.为了解决上述问题，提出一种在耗材棒前方的基板上施加超声振动的超声振动辅助摩擦堆焊新工艺.以Ti-6Al-4V为研究对象，基于超声宏观软化效应建立了一个三维热-流耦合数值模型，定量分析了不同振幅下的超声振动对摩擦堆焊过程中温度场和材料流动行为的影响.计算结果表明，超声振动的预热效应并不明显，随着振幅的增加，超声振动能够显著提高熔合区塑性材料流动速度，降低材料黏度，扩大塑性材料流动区域.     

石英玻璃微尺度磨削温度仿真与实验研究

建立了微磨削过程的传热模型,针对石英玻璃材料进行有限元仿真分析,探讨了微磨削过程中磨削热的分布情况,分析磨削用量对磨削温度的影响规律.利用粒度500#的微磨具对石英玻璃进行单因素磨削温度测量实验.仿真与实验结果表明:磨削区表面最高温度随切削深度的增大而升高,随磨削速度的加快而升高,实测最高磨削区温度仅为94.2℃,并没有出现磨削烧伤现象.     

砂轮动态磨粒的概率统计数学模型

为了揭示磨粒与工件的微观作用机理,预测磨削弧区的动态磨粒数目,采用概率统计的方法对磨削弧区的动态磨粒进行研究,建立了动态磨粒的切入深度、接触磨粒和切削磨粒的概率统计数学模型.分析磨削加工参数对接触磨粒概率和切削磨粒概率的影响,分析表明接触磨粒和切削磨粒的概率随着磨削深度和进给速度的增大而增大,随着砂轮线速度的增大而减小.动态磨粒的概率统计数学模型为深入分析磨削力、磨削热、热量分配比和温度场的数值计算与仿真奠定基础.     

基于磁热耦合特性的水轮发电机定子温度预测

为避免水轮发电机运行过程由于定子温度过高产生故障,保障其性能的正常发挥,建立了水轮发电机温度场分布模型,提出了一种温度预测方法。首先,以张河湾抽水蓄能电站的水轮发电机为基础,依据电磁场理论,对发电机在工况下电磁场和定子部分损耗进行分析,建立其三维有限元模型;其次,运用磁热耦合特性计算获得发电机定子温度场分布;再次,采用人工鱼群算法(AFSA)和BP神经网络算法相结合,构造定子绕组和定子顶部的温度预测模型;最后,将仿真结果和监控改造后的实测数据进行对比验证。结果表明,通过人工鱼群算法对BP神经网络优化,提高了定子温度预测模型的精度。本文给出了有限元仿真模型和AFSA-BP温度预测模型,为大功率水轮发电机定子温度故障分析以及电机的设计优化提供了参考。     

工程陶瓷高效深磨温度场的有限元仿真

在磨削温度实验的基础上, 运用有限元法对工程陶瓷氧化铝及部分稳定氧化锆进行了高效深磨磨削温度场的仿真研究.基于磨削温度的实验和传热学理论,得出了工程陶瓷工件的磨削热分配比;得出了干磨及湿磨两种状态下工程陶瓷磨削温度场的分布; 并分析了磨削温度梯度对工程陶瓷热裂纹的影响.结果表明: 随着砂轮线速度增加, 磨削温度场温度梯度增大; 而随着磨削深度增大,不同材料的磨削温度梯度变化不同,且磨削温度梯度与磨削热裂纹的产生有一定的对应关系.     

块体金属玻璃微磨削加工的温度场仿真

建立单颗磨粒微磨削的正交切削模型和玻璃金属的本构关系方程,采用有限元工艺仿真系统对块体金属玻璃进行微磨削加工的温度场仿真,从而得到块体金属玻璃在微磨削过程中的温度以及温度变化趋势,进而观察其磨削温度是否达到块体金属玻璃的玻璃转变温度.因此,对玻璃金属磨削加工过程的温度仿真可以有效预测非晶表面是否有晶化现象的发生.改变微磨削加工参数,对块体金属玻璃的各个磨削区的温度变化趋势进行观察.通过仿真实验发现,块体金属玻璃的最高磨削温度发生在磨粒前刀面与磨屑接触的区域,即第二变形区.     

基于SYSWELD的搭接接头温度场的数值模拟

基于有限元软件SYSWELD对搭接接头温度场进行了3维动态模拟,得出了瞬态温度场分布图和特征点的热循环曲线。同时通过对SYSWELD后处理分析,得出了焊件上任一点的温度变化与相演变的关系。与文献资料比较表明,所建立的数值模拟仿真模型可以较好地模拟焊接温度场,为研究焊接过程中的应力应变和减少焊接应力与变形提供了参考依据。     

42CrMo钢泵筒内壁激光相变硬化组织模拟

采用有限元软件SYSWELD建立三维模型,考虑相变潜热及材料热物理性能随温度的变化,将温度场和相变模型进行耦合,对泵筒内壁激光相变硬化组织转变过程及硬度分布进行数值模拟。结果表明:激光相变硬化是一个快速加热和冷却的过程;在加热过程中激光照射区域组织转变为奥氏体,而在冷却过程中奥氏体发生马氏体转变;激光相变硬化处理后,完全淬火区主要以马氏体为主,其最大体积分数可达90%左右。相变区硬度提高约2倍,最大可达540.6 HV0.2;相变区的组织及硬度模拟结果与试验结果吻合较好。     

不同环境温度下的织物芯输送带压陷滚动阻力仿真研究

随着带式输送机绿色节能要求的提高,如何有效减小压陷滚动阻力成为重要课题。为研究环境温度对带式输送机压陷滚动阻力的影响规律,并克服实际工程数据检测难这一困难,提出一种围绕环境温度的有限元仿真方法。以织物芯带式输送机为研究对象,通过SolidWorks建立三维模型,之后利用ANSYS Workbench有限元分析软件开展在不同环境温度下的压陷滚动阻力仿真研究,其中使用Mooney-Rivlin的两参数模型定义输送带覆盖层材料。结果表明,环境温度的升高使得压陷滚动阻力逐渐减小。研究结果为带式输送机绿色节能提供了依据。