顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料具有良好的力學(xué)性能,但由于存在增強(qiáng)顆粒,其加工起來比較困難。超聲振動切削技術(shù)在切削難加工材料方面顯示出優(yōu)勢,但關(guān)于顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的振動切削加工研究,更多的偏向于宏觀實驗研究。本研究的目標(biāo)是,從細(xì)觀層面上明確顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的振動切削機(jī)理,這對于進(jìn)一步優(yōu)化加工工藝具有重要的指導(dǎo)意義。通過分析顆粒強(qiáng)化理論及顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料的復(fù)合制備原則,確定了顆粒增強(qiáng)相的幾何參數(shù)�；陬w粒增強(qiáng)復(fù)合材料有限元模擬理論,分析了各相材料的特性尤其是界面的特征和性能,對幾何和網(wǎng)格模型進(jìn)行了合理簡化。討論了顆粒的分布方式對模型的影響,確定了顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料正交切削幾何模型。此外,基于切削仿真理論,確定了工件的材料模型以及損傷失效模型等�；赑ython語言,對ABAQUS前處理過程進(jìn)行了二次開發(fā),實現(xiàn)了參數(shù)化地快速建模。研究了能使顆粒具有體分比可變、尺寸可變,顆粒分布隨機(jī)且無交叉等特點的算法。建立了能合理地反映材料的應(yīng)力應(yīng)變分布情況,及多種加工工況(顆粒在切削路徑的上、中、下位置)的有限元模型。通過給顆粒定義與基體相同的材料屬性,降低了模型驗證成本,并實現(xiàn)了基于同一幾何模型,觀察增強(qiáng)顆粒加入后的切削機(jī)理變化情況的目的。通過設(shè)計振動切削實驗,驗證了建模方法的合理性,并基于其研究了顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料的振動切削機(jī)理。分別研究了增強(qiáng)顆粒及振動沖擊作用的加入,對工件材料的切削力、已加工表面質(zhì)量、應(yīng)力的傳遞和起始裂紋的產(chǎn)生的影響。揭示了“應(yīng)力傾向于在'顆粒對'之間傳遞”這一應(yīng)力傳遞機(jī)制,及“振動切削能使顆粒周圍基體瞬間產(chǎn)生起始裂紋,進(jìn)而切斷部分應(yīng)力在'顆粒對'之間傳遞的'通道',造成裂紋尖端應(yīng)力集中而加速裂紋擴(kuò)展”的振動切削機(jī)理。充分利用這一特性,結(jié)合顆粒的參數(shù)(體積分?jǐn)?shù)、顆粒大小)優(yōu)化加工工藝參數(shù),是未來重要的研究方向之一。
【學(xué)位單位】：大連交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB33
【部分圖文】：

第一章緒論行為模擬。適合進(jìn)行二次開發(fā)的幾種情況：１）模型中存在多個要部件，可考慮編寫一個對模型中多個部件賦予相同截面屬性的功能化，或者參數(shù)靈敏性分析的問題，常常需要對同一模型進(jìn)行多次機(jī)模型時，是必須要借助程序的，利用程序可以得到一些偽隨機(jī)數(shù)

來生成圖形，并轉(zhuǎn)化為模型數(shù)據(jù)信息，再利用Ｐｙｔｈｏｎ編程導(dǎo)入數(shù)據(jù)進(jìn)行建模［５２，６７］。提??取分布指的是，基于實驗材料的ＳＥＭ圖，對圖片中顆粒分布位置進(jìn)行提取，繼而進(jìn)行??二維平面建模［６８］。圖２．１展示了顆粒的３種周期對稱排列方式，分別為：立方（Ｃ，Ｃｕｂｉｃ）、??體心立方（ＢＣＣ，Ｂｏｄｙ－ｃｅｎｔｅｒｅｄ?ｃｕｂｉｃ）和密排六方（ＨＣＰ，Ｈｅｘａｇｏｎａｌ?ｃｌｏｓｅｄ－ｐａｃｋｅｄ），其??理論上最大的顆粒體積含量分別為５２．３６％、６８?．０２％和７４．０１％［６９］。不難看出，顆粒增??強(qiáng)復(fù)合材料的體積分?jǐn)?shù)與空間分布方式密切相關(guān)。顆粒體積分?jǐn)?shù)越高時，其分布方式越??接近周期分布方式，如７４．０１％是直徑相同的圓球狀增強(qiáng)顆粒能達(dá)到的最高體積分?jǐn)?shù)（按??照密排六方ＨＣＰ結(jié)構(gòu)）。預(yù)制增強(qiáng)顆粒海綿骨架方式制造的顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料更是如此，??９??

?（ｂ）?ＢＣＣ?（ｃ）?ＨＣＰ??圖２．１顆粒在空間的周期分布方式??Ｆｉｇ．?２．１?Ｓｐａｔｉａｌ?ｐｅｒｉｏｄｉｃ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｐａｒｔｉｃｌｅｓ??綜合考慮到體積分?jǐn)?shù)與空間分布的關(guān)系，研宂中選擇的顆粒增強(qiáng)金屬基復(fù)合材料應(yīng)??是典型的中低體分材料。此外，空間分布應(yīng)按照隨機(jī)分布的方式，且最好包含多種目標(biāo)??位置（包括顆粒位于切削路徑的上側(cè)，下側(cè)及沿切削路徑分布）�？紤]到將空間里分布??的顆粒轉(zhuǎn)化為生成平面內(nèi)隨機(jī)圓形的高效性，細(xì)觀建模時增強(qiáng)顆粒的體積分?jǐn)?shù)不宜過高。??通過將空間里的顆粒體積分?jǐn)?shù)平均到每個截面上（即采用平面體積分?jǐn)?shù)與實際體積分?jǐn)?shù)??相等）的方式來表征這一屬性。??２．２振動切削仿真模型的研究??２．２．１切削仿真的尺度界定??切削仿真中，物理量的單位有的是基本單位，而有的屬于導(dǎo)出單位。一方面，單位??的不同會影響到數(shù)值的大小。例如，ＡＢＡＱＵＳ中視圖窗口中要求寬度范圍為３０？４８２，??高度范圍為３０？２７１，只有確定好合適的單位，才能更好地構(gòu)建幾何模型。另一方面，單??位不同的假定又會影響到對其它單位的解讀。例如
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2889321