SPH法数值仿真三维切削破岩和切削力估算

以Mohr-Coulomb模型描述岩石,在LS-DYNA中用SPH(Smootheed Particle Hydrodynamics)法模拟三维刀齿切削破岩,探讨切削参数和岩石性质对切削力的影响.基于切削力随各切削参数和岩石性质的变化规律,建立切削力估算公式.用所得公式计算切削力,并与实验值进行比较.仿真结果表明:切削厚度、切削前角、切削宽度、岩石的内聚力和内摩擦角对切削力影响显著,切削速度在较低范围内变化时对切削力影响非常小.三维切削仿真能够较好地反映刀齿两侧岩石颗粒对切削的影响,比二维理论模型更接近实际.所得切削力估算公式能准确计算仿真中的平均切向力,且其计算值能与实验吻合较好.验证了基于SPH法的数值仿真用于研究刀齿切削破岩的可靠性.     

内齿轮刮齿刀修形设计及优化

为了降低内齿轮刮齿的原理性误差,提出了一种刮齿刀修形设计新方法。从具有齿廓修形的齿条刀出发,结合变位渐开线斜齿轮的展成原理,推导了连续变位刮齿刀的齿面方程;联立刮齿刀齿面和前刀面方程,求解刮齿刀切削刃的数学表达式,根据双自由度包络理论和齐次坐标变换,建立内齿轮的刮齿模型,获得内齿轮齿面方程。算例表明,刮齿刀的变位方式、前角和螺旋角是造成原理性误差的主要影响因素;相比于公式法,基于修形齿条刀法的切削刃更接近于反向包络法的切削刃;建立以齿面偏差平方和最小为目标函数,通过优化齿条刀的齿廓修形系数,能够将齿面偏差最大值从18μm降低到3μm,有效地减小原理性误差。此研究可为刮齿刀设计提供一种更简单、精度更高的新方法。     

切削前角对刀齿线性切削岩石的影响

为研究切削前角对刀齿切削岩石的影响,利用自主研发的刀齿线性切削岩石试验装置对砂岩进行切削前角处于-40°~50°区间的切削试验.实时采集试验中刀/岩的相互作用力,记录所形成的切削槽形状,收集切削形成的岩石碎块并得到其粒径分布,进而分析岩石碎块的分形特征;同时,利用碎块的分形维数定量描述碎块的粒径分布.结果表明:随着切削前角从-40°逐渐增加到50°,切削槽的宽度不断增大,尤其是在切削槽初始形成端;随着切削前角的增加,岩石碎块的分形维数、刀/岩的平均切向力和平均法向力均逐渐减小,且其均可采用切削前角的指数函数表示,平均切削力与平均法向力的比值处于0.56~1.84之间,且无规律性变化.     

木质复合材料铣削过程中切屑流的形成分析

基于高速摄像技术及图像识别与处理技术,采集木质复合材料铣削过程中切屑流的瞬态图像,并对瞬态图像进行预处理;利用ProAnalyst运动分析软件,分析切屑流形成机制、流场速度及扩散角度的变化规律。结果表明：切屑流形成过程分成两个阶段,第1个阶段为切削层材料离开工件形成切屑开始到与齿槽接触;第2个阶段为切屑离开齿槽之后向外飞射,最后扩散在大气中。切屑流流场速度变化也分为两个阶段,第1个阶段为切屑流从形成时,具备一定流场速度后,开始趋于减小;第2个阶段为切屑流流场速度突然达到峰值,然后速度随之趋于减小。木质复合材料高速铣削时,随着刀齿切入工件,铣刀转速会趋于降低;而随着刀齿离开工件瞬间,刀齿线速度迅速恢复到额定速度并保持稳定。在切屑流流场内部的不同位置,切屑颗粒的速度存在差异。在同一时刻,切屑流中部的切屑颗粒速度最大,靠近刀齿部分速度次之,远离刀齿部分速度最小。随着铣刀转速的增加,切屑流的扩散角减小,在不同的木质复合材料铣削加工中,纤维板铣削过程中的扩散角最大,变化范围为533°～665°。     

PDC钻头切削齿工作角设计理论

分析了PDC钻头切削齿结构特点及工作过程,定义了切削齿的侧倾角和前倾角两个工作角,并建立了这两个角的计算模式.研究认为,PDC钻头切削齿的齿前角、装配角及侧转角,决定了其工作面的方向及侧倾角;齿前角、侧转角及切削齿齿刃上工作点的位置,决定了该点工作时的前倾角.侧倾角和前倾角的概念不同于侧转角和齿前角.     

PDC钻头切削齿工作角的设计方法

详细讨论了各种因素对PDC钻头切削齿的两个工作角(前倾角及侧倾角)的大小和方向的影响-根据PDC钻头的结构特点,在设计切削齿工作角时,将钻头分为四个区域,分别论述了各个区域切削齿工作角的设计方法和原则.研究认为,控制钻头各部位切削齿结构参数的变化,可以设计出满足要求的切削齿工作角.     

PDC切削齿破岩受力的试验研究

试验模拟了切削面积、接触弧长、切削面形状、切削齿后倾角和岩石性能对PDC切削齿破岩受力的影响。结果表明,采用接触弧长、切削面积和岩石可钻性表征切削面的几何形状和岩石性能与PDC切削齿破岩的实质相符。PDC切削齿单位切削面积上的切向力和正压力随着接触弧长、切削面积、切削齿后倾角和岩石可钻性级值的增大而增大,并与切削面积与接触弧长的乘积呈显著的线性关系。当后倾角小于10°时,切削齿受力较小。根据试验结果,建立了PDC切削齿破岩的受力模型。     

多脊PDC切削齿破岩有限元仿真及其几何结构影响

针对脊高为0～5 mm、脊角为115°～172°的多脊齿开展固定切削深度的旋转切削破岩数值模拟研究。分析多脊齿几何结构对切削力、地层吃入性能、机械比能的影响规律,并且在研究多脊齿机械比能时考虑轴向力的影响。结果表明：随着脊角变小,多脊齿的切削力减小,地层吃入性能增加,126°脊角的多脊齿吃入地层轴向力较平面齿低41%,最佳切削深度为2 mm;机械比能方面轴向上消耗的比能是切向的1.2～1.5倍,且脊角的小角度改变对机械比能影响甚微;特殊几何结构下多脊齿更易出现接触应力集中,并在旋转时出现侧向力,当脊角大于151°且多脊齿切削半径大于28 mm时破岩效果最佳。     

PDC切削齿破岩受力的试验研究

试验模拟了切削面积、接触弧长、切削面形状、切削齿后倾角和岩石性能对PDC切削齿破岩受力的影响.结果表明,采用接触弧长、切削面积和岩石可钻性表征切削面的几何形状和岩石性能与PDC切削齿破岩的实质相符.PDC;切削齿单位切削面积上的切向力和正压力随着接触弧长、切削面积、切削齿后倾角和岩石可钻性级值的增大而增大,并与切削面积与接触弧长的乘积呈显著的线性关系.当后倾角小于10°时,切削齿受力较小.根据试验结果,建立了PDC切削齿破岩的受力模型.     

新型分屑槽等螺旋角指形铣刀的研究

目前,大模数齿轮还主要是应用指形铣刀进行加工的。生产中常用的是直槽指形铣刀,其生产效率和刀具耐用度均很低。等螺旋角指形铣刀克服了直槽指形铣刀的弊病,切削性能有了明显的提高。但因切屑薄而长,不利于进一步提高刀具切削性能。本文针对此情况研制成功一种新型分屑槽等螺旋角指形铣刀。它是在普通等螺旋角指形铣刀的刀齿上按一定规律加工出分屑槽,使其成为具有间断切削刃的指形铣刀。 新型指形铣刀刀齿上的分屑槽是按多头螺旋线有规律排列的。当第一个刀齿切削过后,其分屑槽在工件加工表面上残留着的部分金属分别被后面几个刀齿切除。…     

空间点啮合齿面的接触特性对安装误差的敏感性分析

本文用完全解析的方法,分别导出了空间点啮合齿面的啮合斑点位置和二阶啮合特性对安装误差向量的敏感性矩阵,其中第一个矩阵反映了齿面上接触斑点中心的位置对安装误差的响应特性,第二个矩阵反映了齿面的二阶啮合特性,包括齿面上接触迹线的方向,瞬时接触区的倾角和长度,以及瞬时传动比的导数等对安装误差的响应特性.本文还讨论了这一数学模型部分可能的应用前景.     

弹性流体动力润滑状态下线接触滚动副表面层的应力及接触疲劳寿命

线接触滚动副早期失效主要是由于接触表面的润滑不良．使得表面粗糙度波峰相 互接触而产生磨损及表面破坏．但在润滑良好的情况下，由于接触表面压力分布的变化．在某些 工况参数下．接触副的疲劳寿命出现降低现象．本文通过数值方法，对ｎ种典型工况参数下接触 副表面层的应力分布进行计算，分析了接触副的疲劳寿命，提出了弹性流体动力润滑应用中合理 选择工况参数的必要性．     

关于接触角的讨论

本文采用不同于某些现行普通物理教材中的方法,讨论了有关接触角的问题,指出教材中关于这一内容论述的不足.     

液滴图片数字化引起的超疏表面接触角测量误差模拟研究

液滴在表面上的接触角是衡量表面润湿性能的一个重要指标,近年来在超疏水表面研究领域得到广泛应用。目前接触角测试主要采用座滴法在获取液滴数字图片的基础上对液滴轮廓进行直接测量或拟合得到;数字图片的离散性决定了接触角测试结果具有一定误差这一误差在液滴偏离球冠形状的情况下(例如:超疏水/油表面接触角测量)会变得较为严重。拟采用数值模拟分析方法研究由液滴数字图片决定的超疏水/油表面接触角测量误差随液滴参数和表面性能的变化规律。通过模拟发现,接触角测量误差随着接触角的增大而增大;采用大体积液滴进行测量会带来较大的接触角误差;而密度大或表面张力小的液体带来的误差较太。为实现接触角误差的控制,在采用小体积液滴的同时,可以通过悬滴法进行测试,此时误差可控制在仪器误差限范围之内。     

微粒矿物诱导疏水絮凝中的疏水作用

加入适当的表面活性剂使微粒矿物表面疏水化而使其悬浮体产生聚团的现象,称为诱导疏水絮凝。它与常规的胶体聚沉现象不同,不能为DLVO理论所解释。本文通过对颗粒间疏水粘着力及润湿接触角、zeta电位的测量和体系的疏水絮凝行为的研究,获得如下结论:疏水作用力对诱导疏水絮凝起支配作用;当微粒表面有足够大的润湿接触角而颗粒产生疏水吸引力时,才能使微粒悬浮体强烈聚团。     

滚珠丝杠副接触变形影响因素分析

从滚珠丝杠副的结构参数入手,计算出滚珠丝杠副的主曲率半径,并做出接触角、螺旋升角与主曲率的关系曲线.以赫兹空间接触理论为依据,对滚珠丝杠副的接触变形进行理论计算,并对接触角、螺旋升角与接触变形、接触刚度之间的关系做进一步探讨.采用ANSYS有限元模型对上述接触变形计算结果进行验证.结果验证了理论模型的正确性,表明适当增大接触角、螺旋升角可以有效改善滚珠丝杆副传动性能.     

液体在毛细微孔中接触角测量方法

建立了液体在毛细微孔中接触角的测量方法。主要介绍了微孔式接触角测量仪的组成、测量方法及数据处理方法。二次蒸馏水与正十四烷烃在石英毛细管中接触角的测量结果表明该仪器测量数据的重复性好、稳定性高。根据测量结果,讨论了液体在毛细管中接触角随着毛细管径的变化规律,接触角随着毛细管管径的减小而增大。     

液体表面张力系数测量公式的探讨

本文论述了液膜重量、浮力、金属丝直径及接触角对液体表面张力系数的影响,并在此基础上提出了修正公式。     

基于液滴局部轮廓的接触角测量方法

为了实现超疏表面上液滴的接触角测量,提出了基于液滴局部轮廓的接触角测量方法,通过超疏水表面的接触角测量实验对所提出的测量方法进行了验证。结果表明:基于液滴局部轮廓的接触角测量方法能有效稳定地测量出超疏水表面上的液滴接触角值;实施提出的接触角测量方法时需要测量点均布在液滴高度的2/5范围内的液滴轮廓上;基于液滴局部轮廓的接触角测量方法中接触点的选择误差对接触角测量结果的影响是可控的。可见基于液滴局部轮廓的接触角测量方法可用于表征表面的润湿性能。     

一般速度条件下球轴承工作特性分析

速度通过惯性力作用于轴承,对其内部工作特性影响很大.高速时滚动体与内外圈接触角不再相等,内圈接触角大于外圈接触角.接触载荷的变化情况与接触角变化不同,在一定的转速条件下,外圈接触载荷大于内圈接触载荷.由于内圈接触角随转速的增加而减小,导致轴承径向刚度随转速的增加而降低.转速越高,轴承的工作情况变化越大.