【摘要】：切削過程在工件表層產生的殘余應力是表征加工表面完整性的重要指標,零件內的殘余應力分布狀態(tài)很大程度上影響材料的疲勞強度,耐磨損及抗應力腐蝕開裂性能,從而影響關鍵零部件的服役性能。因此對加工殘余應力的高效物理建模仿真及預報是實現國防、能源等領域高服役性能零件制造的關鍵基礎技術之一。但是目前加工殘余應力建模及預測方法在研究及實際應用上仍存在以下問題:現有模型難以處理實際加工中的動態(tài)切削殘余應力預報問題;對于銑削等較復雜的斷續(xù)切削工況,缺乏適用于各類復雜邊界條件的高效預測方法。本文針對上述加工殘余應力建模及仿真預測研究中的問題,從固體材料內部產生殘余應力的物理機制出發(fā),圍繞Eshebly夾雜問題及特征應變理論,提出了加工殘余應力的通用解析建模思路,針對車削及銑削等工藝發(fā)展了高效的殘余應力解析預測方法。在加工殘余應力解析預報方法的研究中,本論文取得了如下創(chuàng)新性成果:1.提出了穩(wěn)態(tài)直角切削殘余應力的無松弛解析預測方法,基于特征應變理論推導了一維層狀分布夾雜的內應力解析解,揭示了加工面內塑性應變與面內殘余應力的線性映射關系,證明了該解析解與傳統方法所采用的松弛計算過程具有等價性,實現了無需松弛過程的加工殘余應力直接顯式求解。2.建立了考慮動態(tài)切削效應的加工殘余應力解析模型,根據二維特征應變理論進一步推導了矩形夾雜體的內應力解析解,提出了通過單元矩形夾雜應力解與特征應變分布卷積求和實現任意二維殘余應力場快速計算的影響系數法;在此基礎上結合動態(tài)接觸分析,預報了刀具-工件相對振動情況下的周期性殘余應力分布,從而解決了傳統松弛算法無法處理的動態(tài)加工殘余應力預報問題;設計了獨特的低頻動態(tài)切削實驗裝置并成功證實了動態(tài)加工殘余應力解析模型的預測結果。3.針對二維側銑建立了斷續(xù)切削條件下的加工殘余應力解析模型,考慮側銑加工中的循環(huán)加載特點,根據殘余應力形成的特征應變機制提出了臨界接觸角及有效切寬概念,并推導給出了快速估算臨界接觸角的隱式方程,大幅消除無效增量計算,實現了二維直角側銑加工殘余應力的高效解析預測。4.針對實際加工中廣泛應用的螺旋側銑工藝,建立了三維側銑殘余應力解析預報模型。在斜角切削力學的基礎上分析了螺旋側銑三維接觸載荷,給出了三維載荷沿刀軸方向循環(huán)往復移動的物理圖像,進一步拓展“有效加載區(qū)”概念提升模型計算效率;采用移動熱源法計算了高速側銑表層溫升,并分析了側銑熱效應對于表面殘余應力形成的重要影響;修正并拓展McDowell算法在三維非彈性接觸增量分析中的應用,結合影響系數法實現了高速螺旋側銑殘余應力場的快速解析預報。
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華中科技大學博士學位論文逡逑上，下面分別從殘余應力形成機理的實驗研宄，加工殘余應力建模以及加工殘余應力逡逑調控三個方面論述當前的研宄進展及趨勢。逡逑１．３．１加工殘余應力形成機理及相關實驗研究逡逑殘余應力是物體在完全卸除外部載荷后殘留于固體材料內不同部分間的自平衡逡逑內應力［２］，主要通過非彈性變形（塑性變形），非均勻受熱（溫度梯度）和材料微觀結逡逑構變化（組織相變）三類機制產生。作為一種自平衡內力，殘余應力并不對應外部幾逡逑何形狀的變化，只有物體連續(xù)性發(fā)生破壞導致應力釋放及重新分布引起的宏觀變形或逡逑者材料微觀結構變化引起外界輸入能量的差異性傳輸才能間接反映其存在。逡逑空間分辨率逡逑

析建模工作；關于切削熱載荷及熱效應的影響，則在最后一章關于高速條件下的螺旋逡逑側銑加工殘余應力問題中予以了分析討論。逡逑論文共分為六章，各章內容及邏輯關系如圖１－２所示，具體安排如下：逡逑第一章：緒論。對研究問題背景及國內外相關研究現狀進行論述和總結分析，提逡逑出本學位論文擬解決的問題。逡逑第二章：一維特征應變理論及其在穩(wěn)態(tài)切削殘余應力解析建模中的應用�；阱义希牛螅瑁澹欤猓鶌A雜問題及Ｍｕｒａ特征應變理論，提出加工殘余應力的通用解析建模思路。從逡逑接觸力學出發(fā)對加工殘余應力形成機理作了深入分析，推導了一維特征應變問題的解逡逑析解，并針對經典的穩(wěn)態(tài)直角切削殘余應力問題提出了一類新的無松弛解析算法，，并逡逑論證了該算法與傳統松弛類解析算法的等價性，討論了接觸條件及材料參數對于解析逡逑模型預測結果的影響。逡逑第三章：考慮動力學響應的加工殘余應力建模與分析。根據二維特征應變理論給逡逑１５逡逑
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG501

【參考文獻】

相關期刊論文 前5條

1 孫雅洲;劉海濤;盧澤生;;基于熱力耦合模型的切削加工殘余應力的模擬及試驗研究[J];機械工程學報;2011年01期

2 黃志剛,柯映林,王立濤;金屬切削加工的熱力耦合模型及有限元模擬研究[J];航空學報;2004年03期

3 王立濤,柯映林,黃志剛,孫杰;鋁合金材料數控加工殘余應力的分析[J];機械工程學報;2004年04期

4 胡華南，周澤華，陳澄洲;切削加工表面殘余應力的理論預測[J];中國機械工程;1995年01期

5 胡華南，周澤華，陳澄洲;預應力加工表面殘余應力的理論分析[J];華南理工大學學報(自然科學版);1994年02期

本文編號：2679177