本文關(guān)鍵詞：基于SPH法的硬脆材料超聲振動(dòng)三維螺線磨削機(jī)理仿真研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《北京理工大學(xué)》 2015年

基于SPH法的硬脆材料超聲振動(dòng)三維螺線磨削機(jī)理仿真研究

米召陽  

【摘要】：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，新型先進(jìn)材料，尤其是硬脆性材料不斷涌現(xiàn)，對(duì)傳統(tǒng)的加工制造技術(shù)提出的新挑戰(zhàn)。這些新型先進(jìn)材料脆性往往很大，加工過程中會(huì)在工件表面/亞表面形成微裂紋，從而影響工件的使用性能。超精密高效磨削加工是有效的加工方法之一，為了提高加工效率、提高被加工件表面質(zhì)量，磨削通常用在零件加工的最后一道工序。傳統(tǒng)磨削過程中會(huì)產(chǎn)生大量的磨削熱及較大的磨削力，從而引起工件表面/亞表面損傷、降低被加工件的使用性能、降低砂輪壽命等問題。相關(guān)研究證實(shí)，超聲振動(dòng)三維螺線磨削技術(shù)是解決這一加工難題行之有效的方法，其既能夠有效提高被加工工件的表面質(zhì)量，又能夠有效的降低磨削過程中的磨削力，，是傳統(tǒng)單向超聲振動(dòng)磨削技術(shù)的升級(jí)，然而，超聲振動(dòng)三維螺線磨削材料的去除機(jī)理至今尚不明確，仍需對(duì)其進(jìn)行深入的研究。在本研究中，綜合運(yùn)用幾何運(yùn)動(dòng)學(xué)、金屬切削理論、材料斷裂理力學(xué)以及數(shù)值計(jì)算等學(xué)科知識(shí)，利用理論分析與數(shù)值仿真相結(jié)合的方法，對(duì)超聲振動(dòng)三維螺線磨削機(jī)理展開深入研究，重點(diǎn)圍繞單顆磨粒的切削軌跡、切屑形成機(jī)制、被加工材料的應(yīng)力應(yīng)變、磨削力等方面進(jìn)行分析，揭示了超聲振動(dòng)三維螺線磨削的基本原理、材料去除規(guī)律及磨削應(yīng)力作用規(guī)律，為超聲振動(dòng)三維螺線磨削技術(shù)的推廣應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。本文開展的主要研究內(nèi)如下： 1.從垂直于工件表面的任意橢圓超聲振動(dòng)輔助磨削加工的運(yùn)動(dòng)學(xué)一般性規(guī)律出發(fā)，分別建立了軸向超聲振動(dòng)磨削、徑向超聲振動(dòng)磨削以及超聲振動(dòng)三維螺線磨削中單顆磨粒與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的軌跡方程，揭示了超聲振動(dòng)三維螺線磨削提高加工表面質(zhì)量、降低磨削力的原因。 2.研究了基于硬脆性材料Johnson-Holmquis-Ceramics本構(gòu)模型的單顆磨粒超聲振動(dòng)磨削二維與三維的光滑粒子流體動(dòng)力學(xué)（SPH: Smoothed Particle Hydrodynamics）建模方法，并利用非線性動(dòng)力學(xué)分析軟件ANSYS/LS-DYNA，實(shí)現(xiàn)了單顆磨粒超聲振動(dòng)二維磨削與三維螺線磨削過程的SPH數(shù)值仿真過程。通過比較單顆磨粒超聲磨削AISI4340鋼的二維FEM仿真與SPH仿真結(jié)果，證明了SPH法在單顆磨粒超聲振動(dòng)磨削仿真中具有顯著優(yōu)勢。 3.利用SPH法分別對(duì)硬脆性材料的單顆磨粒普通磨削、一維超聲振動(dòng)磨削以及超聲振動(dòng)三維螺線磨削過程進(jìn)行仿真，并與相應(yīng)磨削方式下塑性材料的仿真結(jié)果進(jìn)行比較分析。通過比較單顆磨粒磨削兩種材料時(shí)的應(yīng)力、應(yīng)變分布情況，揭示超聲振動(dòng)三維螺線磨削硬脆性材料時(shí)的材料去除機(jī)制。 4.分析了普通磨削與超聲磨削過程中單顆磨粒未變形切屑厚度變化規(guī)律，建立了普通磨削、一維超聲振動(dòng)磨削和超聲振動(dòng)三維螺線磨削過程中單顆磨粒磨削力數(shù)學(xué)模型，從理論上揭示了在一維超聲振動(dòng)磨削、超聲振動(dòng)三維螺線磨削過程中磨削力減小機(jī)理。利用SPH法對(duì)單顆磨粒磨削SiC陶瓷的磨削力進(jìn)行了仿真，并比較單顆磨粒的受力情況：一維超聲振動(dòng)與超聲振動(dòng)三維螺線磨削過程中，單顆磨粒的受力均比普通磨削過程中的磨粒受力要小，徑向超聲振動(dòng)磨削中磨粒受力小于軸向超聲振動(dòng)中的磨粒受力，超聲振動(dòng)三維螺線磨削中的單顆磨粒受力介于軸向超聲磨削與徑向超聲磨削單顆磨粒受力之間，且在超聲振動(dòng)三維螺線磨削中單顆磨粒受到的軸向的平均力不再為零，而在普通磨削與一維超聲磨削中，單顆磨粒受到的軸向平均力為零。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG580.6
【目錄】：

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8 祝錫晶;功率超聲振動(dòng)珩磨技術(shù)的基礎(chǔ)與應(yīng)用研究[D];南京航空航天大學(xué);2007年

9 常偉杰;超聲振動(dòng)輔助電火花銑削加工技術(shù)與機(jī)理研究[D];山東大學(xué);2012年

10 楊亮;塑性材料超聲振動(dòng)精密切削技術(shù)的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 修曉;復(fù)合超聲振動(dòng)拉絲的理論與實(shí)驗(yàn)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

2 袁江波;超聲振動(dòng)拉絲機(jī)理及實(shí)際應(yīng)用實(shí)驗(yàn)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

3 尹天津;超聲振動(dòng)輔助銑削機(jī)理及實(shí)驗(yàn)研究[D];山東大學(xué);2010年

4 李繼云;鈦合金超聲振動(dòng)深孔研磨機(jī)理及其表面加工質(zhì)量研究[D];西安石油大學(xué);2010年

5 張宏;鈦及鈦合金絲的超聲振動(dòng)拉拔仿真及實(shí)驗(yàn)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2010年

6 陶鏞光;鈦合金軸向超聲振動(dòng)車削數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)研究[D];南昌航空大學(xué);2014年

7 馬列;超聲振動(dòng)外圓珩磨技術(shù)及機(jī)理研究[D];西南石油大學(xué);2014年

8 張偉;超聲振動(dòng)外圓珩磨仿真及裝置研究[D];西南石油大學(xué);2015年

9 周雪鋼;氮化硅陶瓷超聲振動(dòng)磨削機(jī)理及表面質(zhì)量研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2011年

10 范鵬翔;超聲振動(dòng)下鈦合金激光快速成形試驗(yàn)研究[D];沈陽航空航天大學(xué);2012年

  本文關(guān)鍵詞：基于SPH法的硬脆材料超聲振動(dòng)三維螺線磨削機(jī)理仿真研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：216711