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。     

预应力加工表面残余应力的理论分析

提出了一种理论分析的方法，对预应力切削、磨削加工时所形成的表面残余应力进行定量分析．利用热弹塑性力学理论和有限元方法，从理论上计算已加工表面残余应力，讨论预应力加工条件对加工表面残余应力的影响，从而为表面残余应力的控制提供了理论依据。     

预应力硬态切削的热力耦合模型及数值模拟

基于预应力切削原理,分析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.采用任意拉格朗日-欧拉方法(ALE)和网格自适应技术实现了切屑的分离,建立了预应力切削的三维热力耦合有限元模型.对轴承套圈的预应力硬态切削过程进行了模拟,获得了不同预应力条件下的切削力、切削温度和已加工表面残余应力的分布规律,并与实验数据进行了比较和分析.结果表明,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。     

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.     

预应力硬态切削对轴承套圈加工表面残余应力及形态的影响

理论分析和实践表明,已加工表面上合适的残余压应力的分布能提高机器零部件的表面质量和接触疲劳强度及寿命,本文针对轴承套圈外滚道表面残余应力的问题,采用预应力硬态切削方法,以主动控制轴承零件加工表面残余应力状态,提高轴承零件的疲劳寿命。文中对比和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,并研究了加工表面硬度、表面粗糙度以及表面状态等。结果表明,预应力硬态切削可以获得满意的残余压应力状态和较好的表面质量。     

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.      

基于热-力耦合磨削表层残余应力的仿真分析

为研究磨削后工件表面残余应力的分布特征需要先进行磨削区温度场的分析.通过建立磨削区温度场的数学模型和传热模型,应用ANSYS分析不同磨削参数对磨削区温度场的影响,仿真结果表明磨削深度对最高温度的影响最大.结合磨削过程中产生的磨削力,用APDL程序对磨削区的热-力耦合场进行ANSYS分析,获得工件在恢复室温时磨削残余应力大小及分布状态,揭示热-力耦合情况下对磨削表面残余应力形成的影响机制.通过残余应力试验对比试验结果和仿真结果,验证了仿真方法的有效性.     

预应力磨削表面残余应力的研究

一般常规磨削试件常得到表面残余拉应力,这种残余拉应力使工件的疲劳强度大为降低,而且在腐蚀环境中容易腐蚀。如果能获得表面残余压应力,则其疲劳强度大大提高,抗腐蚀性能会有所改善。本文对45号钢退火试件预加拉伸应力进行磨削试验,结果表明可使试件表面获得残余压应力,从而为控制和调整已加工表面残余应力提供一条新的途径。     

车削加工表面残余应力离散度的实验研究

在干切削和使用冷却润滑液切削的状态下,对45#钢进行粗、精车削,采用数理统计方法,对加工表面残余应力的离散性进行研究.实验结果表明:工件表面残余应力的离散是不可避免的;同一加工表面的残余应力具有一定的离散性,不同工件、不同加工条件下残余应力的离散程度不一样;粗加工表面的残余应力离散程度比精加工表面的大,干切削加工表面残余应力的离散程度大于湿切削;工件的残余应力离散程度都在一个有限的范围,因而可以通过制定残余应力公差来指导工件的加工和检测,以保证工件表面残余应力的控制精度.     

关于应力切削的研究

本文从研究金属切削刃前区的应力状态入手,人为地改变这种应力状态,进行“应力切削”,达到由应力实现分离被加工材料的目的。本方法的切削效果近似于楔角为零度的理想刀具的切削;且对材质无任何影响,符合下料工序的要求。文中对这种方法的理论依据及其应用进行了工程实践,结果表明,这种方法不仅可行,而且具有高效率和低能耗的潜在优势。     

含热传导效应粘弹性板耦合非线性动力分析模型

基于薄板大挠度Karman理论和用Boltzmann叠加原理描述的粘弹性材料本构方程、动力学平衡方程和热粘弹能量原理建立了横向周期荷载、面内均布荷载和温度场作用下,考虑热传导效应的粘弹性矩形板的热机耦合非线性动力学模型,并用Galerkin方法将该热机耦合非线性动力学模型转化为非线性微分．积分动力系统．且该热机耦合非线性动力学模型可以退化为粘弹性板动力学模型、仅含热膨胀效应粘弹性板动力学模型和热机耦合弹性板动力学模型．     

机床主轴-轴承系统热-力耦合模型及其动态性能研究

为了研究机床主轴系统在高速运转情况下的动态性能变化,建立了一种主轴-轴承系统的热-力耦合模型,该模型包括了主轴转子和轴承模型.采用有限元法得到主轴转子模型,该模型考虑了主轴的离心效应、陀螺力矩和轴承刚度软化效应.通过对Jones非线性轴承模型进行改进获得了轴承模型,它考虑了主轴与轴承的初始装配过盈量、离心力、温升等因素导致的轴承内圈径向变形及预紧力的变化.理论仿真结果表明:轴承内圈离心膨胀以及内外圈热膨胀会导致轴承刚度增大,而对于背靠背的轴承配置形式,热诱导预紧力会导致轴承刚度减小.此外,主轴离心效应比轴承的刚度软化对主轴-轴承系统动态特性的影响更明显.     

基于LS-DYNA的金属切削加工有限元分析

采用有限元法对金属的切削加工过程进行了模拟,得出了工件内部应力、应变及温度的变化规律.模拟结果表明,切屑是切削层材料受到刀具前刀面的推挤,沿某一斜面发生剪切滑移形成的;切削进入稳定阶段后,材料的最大等效应力保持在某一值附近波动;钝圆半径的挤压导致成形表面产生残余应力;切削热主要集中在切屑上,切屑温度从切屑底层到外层逐渐递减.该方法弥补了实验方法冗繁的缺点,为金属切削原理的研究、切削加工工艺的设计提供了高效的方法和理论依据.     

高放核废物处置库T-M耦合数值模拟

考虑到地下工程受地应力、温度、水的相互影响,导致岩体力学性质的改变,采用ANSYS有限元分析软件,基于Mohr-Coulomb破坏准则,建立高放核废物处置库的数值模型,在此基础上进行热-力（TM）耦合二维数值模拟．研究了高放核废物处置库9种方案运行一百年的温度、应力、位移变化,通过对比分析,在满足安全、经济的基础上,选择最佳的处置库间距和深度,为核废物处置库的设计提供参考依据．     

基于残余应力的弱刚度结构件加工变形分析

在加工过程中产生的残余应力容易导致弱刚度结构件变形,因此,研究残余应力对加工变形的影响规律具有十分重要的意义。针对外轮毂,建立了弱刚度结构件切削加工过程的有限元模型,通过分析不同切削参数产生的残余应力沿工件深度方向的分布规律,得到了切削参数对残余应力的影响规律,并通过实验验证了仿真结果的准确性。最后,通过分析不同切削参数产生的残余应力导致的加工变形,得到了残余应力对加工变形的影响规律,为加工工艺的优化提供了理论基础。