【摘要】：切削過程在工件表層產(chǎn)生的殘余應(yīng)力是表征加工表面完整性的重要指標(biāo),零件內(nèi)的殘余應(yīng)力分布狀態(tài)很大程度上影響材料的疲勞強(qiáng)度,耐磨損及抗應(yīng)力腐蝕開裂性能,從而影響關(guān)鍵零部件的服役性能。因此對(duì)加工殘余應(yīng)力的高效物理建模仿真及預(yù)報(bào)是實(shí)現(xiàn)國(guó)防、能源等領(lǐng)域高服役性能零件制造的關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)之一。但是目前加工殘余應(yīng)力建模及預(yù)測(cè)方法在研究及實(shí)際應(yīng)用上仍存在以下問題:現(xiàn)有模型難以處理實(shí)際加工中的動(dòng)態(tài)切削殘余應(yīng)力預(yù)報(bào)問題;對(duì)于銑削等較復(fù)雜的斷續(xù)切削工況,缺乏適用于各類復(fù)雜邊界條件的高效預(yù)測(cè)方法。本文針對(duì)上述加工殘余應(yīng)力建模及仿真預(yù)測(cè)研究中的問題,從固體材料內(nèi)部產(chǎn)生殘余應(yīng)力的物理機(jī)制出發(fā),圍繞Eshebly夾雜問題及特征應(yīng)變理論,提出了加工殘余應(yīng)力的通用解析建模思路,針對(duì)車削及銑削等工藝發(fā)展了高效的殘余應(yīng)力解析預(yù)測(cè)方法。在加工殘余應(yīng)力解析預(yù)報(bào)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(yīng)力的無松弛解析預(yù)測(cè)方法,基于特征應(yīng)變理論推導(dǎo)了一維層狀分布夾雜的內(nèi)應(yīng)力解析解,揭示了加工面內(nèi)塑性應(yīng)變與面內(nèi)殘余應(yīng)力的線性映射關(guān)系,證明了該解析解與傳統(tǒng)方法所采用的松弛計(jì)算過程具有等價(jià)性,實(shí)現(xiàn)了無需松弛過程的加工殘余應(yīng)力直接顯式求解。2.建立了考慮動(dòng)態(tài)切削效應(yīng)的加工殘余應(yīng)力解析模型,根據(jù)二維特征應(yīng)變理論進(jìn)一步推導(dǎo)了矩形夾雜體的內(nèi)應(yīng)力解析解,提出了通過單元矩形夾雜應(yīng)力解與特征應(yīng)變分布卷積求和實(shí)現(xiàn)任意二維殘余應(yīng)力場(chǎng)快速計(jì)算的影響系數(shù)法;在此基礎(chǔ)上結(jié)合動(dòng)態(tài)接觸分析,預(yù)報(bào)了刀具-工件相對(duì)振動(dòng)情況下的周期性殘余應(yīng)力分布,從而解決了傳統(tǒng)松弛算法無法處理的動(dòng)態(tài)加工殘余應(yīng)力預(yù)報(bào)問題;設(shè)計(jì)了獨(dú)特的低頻動(dòng)態(tài)切削實(shí)驗(yàn)裝置并成功證實(shí)了動(dòng)態(tài)加工殘余應(yīng)力解析模型的預(yù)測(cè)結(jié)果。3.針對(duì)二維側(cè)銑建立了斷續(xù)切削條件下的加工殘余應(yīng)力解析模型,考慮側(cè)銑加工中的循環(huán)加載特點(diǎn),根據(jù)殘余應(yīng)力形成的特征應(yīng)變機(jī)制提出了臨界接觸角及有效切寬概念,并推導(dǎo)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(jì)算,實(shí)現(xiàn)了二維直角側(cè)銑加工殘余應(yīng)力的高效解析預(yù)測(cè)。4.針對(duì)實(shí)際加工中廣泛應(yīng)用的螺旋側(cè)銑工藝,建立了三維側(cè)銑殘余應(yīng)力解析預(yù)報(bào)模型。在斜角切削力學(xué)的基礎(chǔ)上分析了螺旋側(cè)銑三維接觸載荷,給出了三維載荷沿刀軸方向循環(huán)往復(fù)移動(dòng)的物理圖像,進(jìn)一步拓展“有效加載區(qū)”概念提升模型計(jì)算效率;采用移動(dòng)熱源法計(jì)算了高速側(cè)銑表層溫升,并分析了側(cè)銑熱效應(yīng)對(duì)于表面殘余應(yīng)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(yīng)用,結(jié)合影響系數(shù)法實(shí)現(xiàn)了高速螺旋側(cè)銑殘余應(yīng)力場(chǎng)的快速解析預(yù)報(bào)。
【圖文】：

華中科技大學(xué)博士學(xué)位論文逡逑上，下面分別從殘余應(yīng)力形成機(jī)理的實(shí)驗(yàn)研宄，加工殘余應(yīng)力建模以及加工殘余應(yīng)力逡逑調(diào)控三個(gè)方面論述當(dāng)前的研宄進(jìn)展及趨勢(shì)。逡逑１．３．１加工殘余應(yīng)力形成機(jī)理及相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究逡逑殘余應(yīng)力是物體在完全卸除外部載荷后殘留于固體材料內(nèi)不同部分間的自平衡逡逑內(nèi)應(yīng)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(jié)逡逑構(gòu)變化（組織相變）三類機(jī)制產(chǎn)生。作為一種自平衡內(nèi)力，殘余應(yīng)力并不對(duì)應(yīng)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(dǎo)致應(yīng)力釋放及重新分布引起的宏觀變形或逡逑者材料微觀結(jié)構(gòu)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(guān)于切削熱載荷及熱效應(yīng)的影響，則在最后一章關(guān)于高速條件下的螺旋逡逑側(cè)銑加工殘余應(yīng)力問題中予以了分析討論。逡逑論文共分為六章，各章內(nèi)容及邏輯關(guān)系如圖１－２所示，具體安排如下：逡逑第一章：緒論。對(duì)研究問題背景及國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究現(xiàn)狀進(jìn)行論述和總結(jié)分析，提逡逑出本學(xué)位論文擬解決的問題。逡逑第二章：一維特征應(yīng)變理論及其在穩(wěn)態(tài)切削殘余應(yīng)力解析建模中的應(yīng)用�；阱义希牛螅瑁澹欤猓鶌A雜問題及Ｍｕｒａ特征應(yīng)變理論，提出加工殘余應(yīng)力的通用解析建模思路。從逡逑接觸力學(xué)出發(fā)對(duì)加工殘余應(yīng)力形成機(jī)理作了深入分析，推導(dǎo)了一維特征應(yīng)變問題的解逡逑析解，并針對(duì)經(jīng)典的穩(wěn)態(tài)直角切削殘余應(yīng)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(tǒng)松弛類解析算法的等價(jià)性，討論了接觸條件及材料參數(shù)對(duì)于解析逡逑模型預(yù)測(cè)結(jié)果的影響。逡逑第三章：考慮動(dòng)力學(xué)響應(yīng)的加工殘余應(yīng)力建模與分析。根據(jù)二維特征應(yīng)變理論給逡逑１５逡逑
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TG501

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)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(yīng)力的模擬及試驗(yàn)研究[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);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(xué)報(bào);2004年03期

3 王立濤,柯映林,黃志剛,孫杰;鋁合金材料數(shù)控加工殘余應(yīng)力的分析[J];機(jī)械工程學(xué)報(bào);2004年04期

4 胡華南，周澤華，陳澄洲;切削加工表面殘余應(yīng)力的理論預(yù)測(cè)[J];中國(guó)機(jī)械工程;1995年01期

5 胡華南，周澤華，陳澄洲;預(yù)應(yīng)力加工表面殘余應(yīng)力的理論分析[J];華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1994年02期

本文編號(hào)：2679177