切削加工熱力耦合建模及其試驗研究.pdf

1、有限元法是六十年代初期隨著計算機的發(fā)展而發(fā)展起來的一種綜合了彈性理論、力學、電磁學、熱力學、和計算技術(shù)等學科領(lǐng)域相關(guān)知識的數(shù)值計算方法，并以其獨特的靈活、快速和有效性而迅速發(fā)展成為求解各領(lǐng)域數(shù)理方程的一種通用的模擬計算方法。有限元法不僅能求解由桿、梁、板、殼、塊體等各類單元構(gòu)成的彈性（線性和非線性）、彈塑性或塑性問題（包括靜力和動力問題），而且能求解各類場分布問題（流體場、溫度場、電磁場等的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)問題）以及水流管路、電路、潤滑、噪聲

2、以及固體、溫度相互作用的問題。 金屬切削過程伴隨著極小范圍內(nèi)的高應(yīng)變、高應(yīng)變率和瞬間高溫升等問題，是一個熱力耦合作用的典型過程，刀具和工件的相對運動引起工件微觀組織各部分的應(yīng)力分布變化和接觸界面摩擦熱變化，局部高應(yīng)力引發(fā)塑性應(yīng)變而產(chǎn)生熱并與摩擦產(chǎn)生的熱共同構(gòu)成并影響著切削區(qū)溫度場，溫度場又反過來通過材料本構(gòu)關(guān)系影響著切削區(qū)的應(yīng)力分布。在早期對于這個復雜的熱力耦合關(guān)系的計算受到計算機運算能力的限制，有限元技術(shù)在金屬切削領(lǐng)域中的應(yīng)用

3、較少。最近二十年，隨著電子計算機軟硬件技術(shù)的快速發(fā)展，有限元技術(shù)在金屬切削領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛并扮演著越來越重要的角色。 本文分析了熱力耦合切削過程仿真相關(guān)的基本理論和關(guān)鍵問題的處理。用自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)和分離線技術(shù)建立了兩種模型，得到的剪切區(qū)最高Mises應(yīng)力、剪切區(qū)最高溫度、切屑變形系數(shù)、接觸面最高溫度等結(jié)果相對誤差在0.01％左右，因此可以選擇不同的建模方法。用微元法對銑削鋁合金薄壁件的切削力進行了預測，并利用預測結(jié)果進行銑