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.     

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。     

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.     

SVR在切削颤振状态趋势预测中的应用

针对当前准确地预测机床切削颤振状态趋势存在的困难,提出了基于支持向量机回归算法(SVR)的切削颤振状态趋势的预测方法,给出了运用支持向量机进行回归分析时的参数选择原则。研究了基于小波包分解的切削信号特征提取方法,首先将切削信号进行小波包分解,计算信号分解到各频带区间内的能量并对其进行归一化,并将其作为切削信号的特征向量输入到支持向量机回归分析模型。在CA6140车床上进行了数据采集和仿真,结果表明,通过这种方法得到的信号在各频带区间内的能量变化曲线能准确地反映切削颤振的过渡过程,并且通过SVR对其进行趋势预测也取得了比较满意的结果。     

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.     

纳米切削分子动力学仿真的研究进展

介绍了分子动力学的基本原理以及用于纳米加工的原子间相互作用势，从脆、塑性材料切削机理、刀具几何形状、刀具的磨损以及宏、微观切削机理之间关系等方面综述了目前国内外应用分子动力学研究纳米加工机理的现状，并指出目前研究存在的问题及改进措施，提出今后尚需进一步研究的问题。     

钛合金TC4切削温度变化规律仿真研究

以钛合金TC4为研究对象,在仿真计算中将切削区的温度分为切屑上的温度、已加工表面的温度和刀具上温度进行分析.分析结果表明,切屑上的最高温度、已加工表面的最高温度、刀具上的最高温度都随切削速度的提高而提高.如果在研究中选择的切削温度测量点为切屑上的点和已加工表面上的点,由于不同切削速度下切削温度变化率的不同以及测量仪器的响应速度和采样周期的不同,可能会出现切削温度随切削速度先增加后降低的结果.如果所选择的切削温度测量点为刀具上某点,则在切削过程中不会出现温度先上升后降低的现象.     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

高保真电视胸腔镜肺叶切除术模拟

电视胸腔镜(VATS, Video-assisted thoracoscopic surgery)肺叶切除术仿真系统对外科医生手术培训及规划具有重要价值。为实现高保真电视胸腔镜肺叶切除术的模拟,设计了一套有效模拟VATS手术过程中不同手术操作的肺叶切除术模拟器。采用基于位置的动力学仿真框架实现了手术器械-软组织和软组织间交互作用、软组织切割以及手术缝合操作引起的变形模拟;并采用了Marching Cubes算法对模型进行面绘制,尤其是切割操作的渲染;使用GPU并行计算的方法加速手术模拟和面绘制。实验结果表明,本文方法可实现高保真、稳定、高效的VATS手术仿真效果。     

HLA仿真中的克隆及剪枝技术研究

简要介绍了HLA仿真中邦元克隆技术产生及目前发展，针对克隆技术带来的仿真邦元数目膨胀的问题，提出利用博弈理论的剪枝技术对仿真分支进行剪枝；在此基础之上，结合目前的HLA数据分发规则给出仿真系统的克隆和剪枝框架，使得剪枝与克隆技术实用化，实验结果证明剪枝能有效减少次要仿真分支，该方法可用于需要实时获得仿真结果的预报系统。