本文關(guān)鍵詞：基于擴(kuò)展有限元法的高速干切滾刀裂紋擴(kuò)展仿真研究

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【摘要】：高速干切滾刀是高速干式滾齒加工的關(guān)鍵裝備之一,其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)制造成本昂貴。高速干式滾齒切削是一種復(fù)雜的多刃斷續(xù)切削過程,在切削過程中滾刀承受復(fù)雜的高頻沖擊載荷,同時,由于切削加工缺少切削液的冷卻和潤滑作用,刀齒與工件產(chǎn)生劇烈摩擦、刀齒切削區(qū)溫度較高。在復(fù)雜的機(jī)械載荷及熱載荷的綜合作用下,高速干切滾刀可能產(chǎn)生崩刃失效現(xiàn)象。高速干切滾刀崩刃失效是高速干切滾刀的主要失效形式之一,裂紋的萌生與擴(kuò)展是高速干切滾刀崩刃失效的主要原因。崩刃失效直接降低滾刀壽命,并且嚴(yán)重影響齒輪加工質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。目前,國內(nèi)外對于高速干切滾刀裂紋擴(kuò)展規(guī)律的研究尚不充分,針對高速干切滾刀崩刃失效開展高速干切滾刀裂紋擴(kuò)展研究具有重要的意義。本文在國家863計劃課題項目(2012AA040107)的資助下,采用了擴(kuò)展有限元法對高速干切滾刀崩刃失效問題展開研究,具體研究工作如下:首先,本文在高速干切滾刀裂紋擴(kuò)展的前提下,介紹了斷裂力學(xué)及擴(kuò)展有限元法(XFEM)的相關(guān)理論基礎(chǔ),其中,主要介紹了擴(kuò)展有限元法、裂尖應(yīng)力場及位移場、應(yīng)力強(qiáng)度因子和斷裂準(zhǔn)則。其次,分析了高速干切滾刀生產(chǎn)制造工藝;歸納了傳統(tǒng)刀具失效特征,并對傳統(tǒng)刀具主要失效特征進(jìn)行分析,在此基礎(chǔ)上,分析了高速干切滾刀失效特征。然后,分析了高速干式滾齒運(yùn)動關(guān)系,建立了高干切滾刀刀齒的幾何模型,通過ABAQUS平臺,開展了高速干切滾刀滾齒切削仿真。分析表明:高速干切滾刀在滾齒切削過程中刀齒側(cè)刃和頂刃的應(yīng)力值較大,容易萌生裂紋。最后,根據(jù)高速干切滾刀刀齒滾削應(yīng)力云圖,結(jié)合高速干切滾刀制造工藝及失效特征,確定了側(cè)刃和頂刃的初始裂紋位置,建立了初始裂紋特征模型,通過ABAQUS平臺采用XFEM對高速干切滾刀初始裂紋的擴(kuò)展進(jìn)行了仿真分析。分析結(jié)果表明:高速干切滾刀裂紋的擴(kuò)展軌跡及擴(kuò)展規(guī)律與裂紋的位置及參數(shù)有著密切的聯(lián)系。
【關(guān)鍵詞】：高速干切滾刀 斷裂力學(xué) XFEM 裂紋擴(kuò)展
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG612
【目錄】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 緒論8-16
• 1.1 論文選題背景8-10
• 1.1.1 高速干切滾齒切削技術(shù)與裝備8-9
• 1.1.2 高速干切滾刀失效特征9
• 1.1.3 高速干切滾刀裂紋擴(kuò)展分析9-10
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.3 論文研究目的意義及項目來源12-13
• 1.3.1 論文研究目的與意義12-13
• 1.3.2 論文項目來源13
• 1.4 論文研究內(nèi)容及組織結(jié)構(gòu)13-16
• 2 擴(kuò)展有限元原理及裂紋擴(kuò)展理論基礎(chǔ)16-32
• 2.1 擴(kuò)展有限元法原理16-20
• 2.1.1 擴(kuò)展有限元法概述16
• 2.1.2 擴(kuò)展有限元法基礎(chǔ)理論16-20
• 2.2 裂紋擴(kuò)展基礎(chǔ)理論20-30
• 2.2.1 裂紋的基本類型20
• 2.2.2 裂紋的尖端應(yīng)力場與位移20-24
• 2.2.3 應(yīng)力強(qiáng)度因子的計算24-25
• 2.2.4 裂紋的斷裂準(zhǔn)則25-28
• 2.2.5 結(jié)構(gòu)材料的損傷與破壞準(zhǔn)則28-30
• 2.3 本章小結(jié)30-32
• 3 高速干切滾刀制造工藝及失效特征分析32-44
• 3.1 高速干切滾刀制造工藝32-37
• 3.1.1 高速干切滾刀結(jié)構(gòu)特征32
• 3.1.2 高速干切滾刀基體材料的選擇32-33
• 3.1.3 高速干切滾刀粗/精加工工藝33-35
• 3.1.4 高速干切滾刀熱處理工藝35-36
• 3.1.5 高速干切滾刀涂層技術(shù)36-37
• 3.2 高速干切滾刀失效特征分析37-43
• 3.2.1 傳統(tǒng)刀具失效分析37-40
• 3.2.2 高速干切滾刀失效形式40
• 3.2.3 高速干切滾刀磨損失效分析40-41
• 3.2.4 高速干切滾刀崩刃失效分析41-43
• 3.3 本章小結(jié)43-44
• 4 高速干式滾齒切削特征建模與應(yīng)力分析44-56
• 4.1 高速干切滾齒特征建模44-52
• 4.1.1 滾切過程運(yùn)動關(guān)系44-47
• 4.1.2 實體建模（PRO/E）47-49
• 4.1.3 材料參數(shù)49-50
• 4.1.4 網(wǎng)格劃分（ABAQUS）50-52
• 4.2 高速干切滾刀刀齒滾削應(yīng)力仿真分析52-54
• 4.3 本章小結(jié)54-56
• 5 基于XFEM的高速干切滾刀裂紋擴(kuò)展分析56-72
• 5.1 有限元軟件平臺的選擇56
• 5.2 高速干切滾刀裂紋擴(kuò)展分析流程56-58
• 5.3 基于XFEM的高速干切滾刀裂紋擴(kuò)展數(shù)值模擬58-61
• 5.3.1 確定初始裂紋58-59
• 5.3.2 確定材料參數(shù)、載荷及邊界條件59-61
• 5.3.3 改進(jìn)后的高速干切滾刀擴(kuò)展有限元單元61
• 5.4 高速干切滾刀裂紋擴(kuò)展分析61-67
• 5.4.1 頂刃裂紋分析61-64
• 5.4.2 側(cè)刃裂紋分析64-67
• 5.5 高速干切滾刀裂紋擴(kuò)展軌跡模擬67-69
• 5.5.1 頂刃裂紋的擴(kuò)展模擬67-68
• 5.5.2 側(cè)刃裂紋的擴(kuò)展模擬68-69
• 5.6 本章小結(jié)69-72
• 6 結(jié)論與展望72-74
• 致謝74-76
• 參考文獻(xiàn)76-80
• 附錄80
• A．攻讀碩士學(xué)位期間參加的主要科研項目80
• B．攻讀碩士學(xué)位期間獲得的獎勵80

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2 張林;基于擴(kuò)展有限元法的高速干切滾刀裂紋擴(kuò)展仿真研究[D];重慶大學(xué);2015年

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