本文關鍵詞：電火花線切割連桿裂紋擴展的多尺度仿真研究

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【摘要】：連桿裂解技術在國內的研究起步較晚,存在不少技術難題,在實際生產(chǎn)中存在多種裂斷缺陷,各種因素對裂斷質量的影響機理雖已有論述,但裂解參量并不能精確確定,尤其對微觀因素的研究,至今尚未見到任何闡述。這是因為,連桿裂解過程發(fā)生在一瞬間,用時極短,在實際加工過程中進行各種分析存在很大的技術障礙,尤其對微觀因素的分析,實驗方法還不能實現(xiàn),只能借助于模擬仿真技術。本文利用多尺度仿真方法對連桿裂紋擴展過程進行了仿真研究,包括宏觀尺度的有限元數(shù)值分析法和微觀尺度的分子動力學法。有限元分析主要研究的是裂紋槽深度與裂解力的關系。首先利用基礎理論推導出了連桿裂紋槽深與裂解力的關系表達式。其次是數(shù)值仿真分析,仿真結果顯示出不同槽深與裂解力的關系基本上符合理論分析,滿足關系表達式。最后是實驗驗證,誤差較小驗證了仿真結果可信度極高。該模擬方法的使用,能夠有效的為給拉桿施加拉力的液壓系統(tǒng)的設計提供理論依據(jù)。在分子動力學模擬中,本文借助LAMMPS軟件建立了裂紋的原子模型。在前期的材料分析實驗中,觀察到了連桿材料內部存在著微裂紋與孔洞等組織缺陷。因此,在建立的分子動力學模型中,不僅模擬研究了不同裂紋長度、不同加載速度和不同模型體量對裂紋擴展行為的影響,還模擬分析了孔洞大小及其在不同位置給裂紋擴展帶來的影響。在所有的模型中,采用的都是速度加載模式進行裂紋擴展行為的研究,依據(jù)系統(tǒng)總能量演化圖對結果進行了詳細分析。由分析模擬結果可知：(1)裂紋的初始長度越大越有利于裂紋擴展,在等體系下,模型裂開所用時間越短；(2)在一定范圍內,加載速度越大,裂紋擴展的速度越快,但裂開后的表面復雜度越大；(3)模型越小,裂紋擴展速度越快,但容易丟失裂紋擴展的細節(jié),不能顯示出裂紋的復雜性,模型越大,裂紋擴展越復雜,時間消耗越多；(4)孔洞的大小及位置對裂紋擴展均有影響,當孔洞較大,且處于裂紋擴展的方向上時,對裂紋擴展能夠起到促進作用,孔洞的存在,能夠引起裂紋擴展方向發(fā)生較明顯的改變。在分子動力學模擬分析中,能夠觀察到所建的Fe-C模型在裂紋擴展過程中存在明顯的塑性變形。
【關鍵詞】：連桿裂紋 多尺度仿真 有限元分析 分子動力學 裂紋擴展
【學位授予單位】：廣東工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U466;TG484
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-14
• 第一章 緒論14-23
• 1.1 課題的研究背景及意義14-15
• 1.2 連桿裂解加工技術簡介15-17
• 1.2.1 連桿裂解加工技術原理15
• 1.2.2 初始裂紋槽加工方法15-17
• 1.3 連桿裂解過程仿真研究17-18
• 1.4 裂紋擴展的數(shù)值分析方法研究18-19
• 1.4.1 有限元法模擬裂紋擴展18
• 1.4.2 邊界元法模擬裂紋擴展18-19
• 1.4.3 無網(wǎng)格法模擬裂紋擴展19
• 1.5 裂紋擴展的分子動力學研究19-21
• 1.6 課題來源21
• 1.7 課題研究的目的和內容21-23
• 第二章 連桿材料分析試驗23-29
• 2.1 連桿材料23
• 2.2 C70S6鍛鋼23-25
• 2.2.1 化學成分23-24
• 2.2.2 金相組織24-25
• 2.3 微觀形貌25-28
• 2.4 本章小結28-29
• 第三章 連桿裂解的有限元仿真分析29-41
• 3.1 模擬軟件平臺29-30
• 3.2 理論基礎30-34
• 3.2.1 裂紋模型30-31
• 3.2.2 J積分原理31-32
• 3.2.3 裂紋槽深與裂斷力的力學關系32-34
• 3.3 數(shù)值分析模型34-37
• 3.3.1 連桿實體模型34
• 3.3.2 網(wǎng)格劃分34-35
• 3.3.3 邊界約束條件35-36
• 3.3.4 結果處理36-37
• 3.4 數(shù)值模擬結果分析37-39
• 3.5 實驗驗證與誤差分析39-40
• 3.6 本章小結40-41
• 第四章 裂紋擴展的分子動力學仿真分析41-58
• 4.1 分子動力學41-45
• 4.1.1 分子動力學理論基礎41-42
• 4.1.2 初始條件的確立42-43
• 4.1.3 原子間相互作用勢43-44
• 4.1.4 時間積分算法44-45
• 4.1.5 無量綱單位45
• 4.2 模擬軟件平臺45
• 4.3 模型建立45-51
• 4.3.1 初始模型47-48
• 4.3.2 邊界條件的選取48-49
• 4.3.3 勢函數(shù)的選取49-50
• 4.3.4 時間積分算法的選取50
• 4.3.5 其它條件的選取50-51
• 4.4 模擬結果與分析51-56
• 4.5 本章小結56-58
• 第五章 裂紋擴展的多因素分析58-71
• 5.1 裂紋長度對裂紋擴展的影響58-60
• 5.2 加載速度對裂紋擴展的影響60-61
• 5.3 模型大小對裂紋擴展的影響61-64
• 5.4 孔洞對裂紋擴展的影響64-69
• 5.5 本章小結69-71
• 結論與展望71-73
• 參考文獻73-80
• 攻讀學位期間發(fā)表論文與申請專利80-82
• 致謝82

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本文編號：601781