立式双刀车削细长轴仿真研究

针对细长轴传统加工过程中变形大、质量一致性差等问题,提出立式双刀车削细长轴的加工方式。借助 有限元软件开展细长轴立式单刀、双刀车削过程中的动态切削力及变形分析,对比相同切削参数下单、双刀车削细 长轴时的切削力平稳性及工件变形量。结果表明：双刀车削能有效缩短切削力进入稳定段的时间,且双刀车削引起 的细长轴弯曲变形量仅为单刀车削的6.6%。立式双刀车削能够有效减小细长轴加工过程中的弯曲变形,为细长轴的 高速切削提供基础。     

太阳辐射下狙击枪枪管附近流场及其热变形分析

为了预测太阳辐射下狙击枪枪管的变形程度,以某型狙击步枪为基础,在CFX与ANSYS中建立了空气与枪管的瞬态热流固耦合计算模型,求解枪管与外界的对流换热系数。计算得到3 h内枪管附近对流换热流场情况、枪管温度场变化以及最终枪管变形程度,分析枪管周围流动换热结果和枪管热变形结果,显示太阳辐射作用下枪管周围会产生显著热对流效应,热气流上升最终产生复杂的大气湍流运动影响了枪管周围的对流换热,对流换热系数明显不是定值。分析结果表明：辐射导致的温差与自重耦合作用下枪口弯曲角可达约0.3 mil,将对狙击步枪的射击精度产生明显影响。该研究为该类狙击步枪枪管受太阳辐射导致的热变形提供数值预测方法。     

换能器电学性能与振动切削力关系及监测方法

振动切削加工过程中监测切削力对于超声振动切削技术的推广和加工生产具有重要意义.本文在换能器驱动技术分析的基础上,通过研究超声椭圆振动切削过程中切削力、换能器电学阻抗与负载的变化关系,提出了一种利用换能器电学特性来判断超声椭圆振动切削力的新监测方法,并设计了一套换能器电学参数测量系统.通过大量的切削实验,验证了基于换能器...     

PBX炸药模拟材料正交切削的切削力响应规律

为了分析炸药材料切削加工过程中切削力响应规律及加工特性,采用低速正交切削试验的方法,结合显微摄像、三向测力仪和三维表面轮廓仪表征测试,分析高聚物粘结炸药(PBX)炸药模拟材料瞬时切削力特性,研究PBX炸药模拟材料的切削过程中切削力响应规律及其关键影响因素。结果表明,不同的切削深度PBX炸药模拟材料的动态切削力变化规律不同,切深为0.1 mm时的切削力峰值变化主要由颗粒切屑成型引起,切屑呈蜷曲喷射状,切削力曲线呈微细锯齿状动态特征变化,切深为0.3 mm和0.5 mm时的切削力峰值主要由材料脆性断裂裂纹扩展引起,切削力呈周期性的大锯齿特性变化,fz在过切凹坑处降至零。fx标准偏差在0.4 mm切深处产生显著变化,反映了炸药模拟材料切削状态由连续去除到脆性去除的转变。低速正交切削下,切削宽度对切削力影响大于切削速度对切削力的影响,切削速度对切削力的影响较小。     

高聚物粘结炸药模拟材料的超声振动切削试验研究

高聚物粘结炸药广泛运用于武器战斗部领域,由于其低拉伸强度使得传统切削方式加工炸药件时易出现脆性断裂等问题。超声振动切削目前已广泛运用于不包括炸药在内的玻璃、陶瓷及各类合金等难切削材料的加工中。研究中以高聚物粘结炸药模拟材料为试验对象,开展超声振动切削和传统切削的对比试验研究,结果表明超声振动切削可有效降低切削力,各向切削力的下降程度依次为主切削力>切深抗力>进给抗力,具体下降幅度范围为61.75%~67.98%、55.57%~65.56%和31.63%~42.29%;已加工表面的光学显微观测显示超声振动切削获得的表面无明显的切削纹理,同时较传统切削表面灰暗,表明该切削方式在一定程度上有利于缓解切削过程中刀具尖端与炸药材料之间的挤压行为,进而有望获得表面残余应力更小的加工表面,降低挤压生成热和出现切削意外时的风险。由于主切削力和切深抗力的大幅度下降,超声振动切削还可以增强细长杆、薄壁类炸药件的产品制造能力。     

正交车铣加工切削力仿真分析

针对正交车铣加工变深度、变厚度的切削特性,基于其加工原理采用数学方法建立切削力的理论模型,并在无偏心和偏心二种情况下分别仿真圆周刃和端面刃的切削力随铣刀转角的变化规律。通过切削参数对切削力影响规律的仿真结果分析表明,圆周刃在整个切削过程中起到主导作用;在相同切削参数条件下,随着进给量和偏心距的增大,切削力增大,而偏心切削力大于无偏心切削力。因此该切削力的理论模型为正交车铣加工机理的研究提供理论基础和参考依据。     

多晶锗塑性切削机制和力学特性的仿真研究

为探究多晶锗纳米尺度的塑性切削机制和力学特性,采用分子动力学方法(MD)模拟金刚石刀具纳米切削多晶锗过程,对材料的晶体结构,位错分布及演变,应力传导和切削力波动规律进行详细分析;并研究不同切削参数对加工过程的影响。结果表明:晶体结构的非晶转变和晶界与晶体滑移,位错等缺陷相互作用,导致切削力周期性波动;切削过程中非晶体区沿晶界扩展,但晶界阻碍非晶体区跨晶界扩展;位错仅存在晶界附近,而位错类型和数量随晶界处的原子运动和破坏程度发生改变,材料塑性去除主要由晶粒内部的非晶转变和晶界的位错运动所致;晶界的等效应力比晶粒大,分布和传导方向与非晶体原子的一致;切削速度增加使切削区温度上升、应力和切削力减小;切削深度增加易使缺陷原子数量上升,位错线长度降低。通过Diamond结构多晶的研究结果证实多晶锗切削仿真的正确性。     

考虑刚体运动与弹体变形耦合效应的旋转导弹动力学建模

旋转导弹结构细长,具有较大弹性,结构低频振动易与刚体运动相互耦合。为更好地研究旋转导弹的动力学特性,对考虑刚体运动与弹体变形耦合效应的旋转导弹动力学建模问题展开研究。引入瞬态坐标系,在该坐标系下利用拉格朗日方程建立弹性旋转导弹的惯性耦合完整模型。该模型考虑了弹性变形对质量特性的影响,能够完整描述刚体运动和弹性变形间的耦合效应。在不同假设下,将惯性耦合完整模型简化后可得到弹性耦合简化模型和非惯性耦合模型。仿真分析结果表明：相对于其他两种简化模型,惯性耦合完整模型能够更全面地描述旋转导弹的运动,而刚体运动与弹体变形耦合效应在旋转导弹建模和分析中不可忽略,需要加以考虑;在旋转导弹运动稳定情况下,3种模型的差别主要体现在姿态运动上,而在弹性变形上的差别可以忽略。     

单晶SiC微切削机理分子动力学建模与仿真研究

单晶SiC硬度高、脆性大,加工困难,在塑性域加工时处于纳米尺度才可明显改善表面质量、获得高的精度。而单晶SiC的切削机理研究使用有限元和实验方法,无法获得时间尺度在飞秒或皮秒下材料发生的变化。为此,采用分子动力学模拟方法,对单晶3C-SiC切削过程进行了建模和仿真,分析了在不同切削速度、切削深度下切削力的变化。研究结果表明：切削速度为50 m/s、100 m/s和200 m/s时对应的平均切向切削力为737.34 nN、635.29 nN和587.09 nN,单晶SiC表面采用合适的切削速度能减小切削过程的切削力。     

刀轴侧倾角对薄壁叶片加工变形的影响

加工变形是决定薄壁叶片加工质量和加工效率的主要因素。针对薄壁叶片加工中出现的变形问题,分析了铣削加工中的刀轴倾角,建立了刀具-工件切削力系统下的工件变形模型,并预测加工后薄壁叶片的变形规律。以控制加工变形为目标,为叶片加工规划了合适的刀具路径和加工工艺。设置不同侧倾角的对比实验,测量了切削力和加工变形,并对测量结果进行了分析。实验结果表明,薄壁叶片的实际变形规律与模型预测的结果一致,15°~20°为较优的刀轴倾角。     

弹性变形对大长细比弹箭气动特性的影响研究

采用基于N-S方程的计算流体力学(CFD)技术和基于有限元技术的结构力学(CSM)分析方法,结合动网格技术,发展一种求解大长细比弹箭静气动弹性问题的直接耦合方法.以某鸭式布局大长细比导弹(火箭)为算例,研究弹性变形对全弹气动特性的影响.结果表明:相对于刚体模型,全弹轴向力和法向力降低,压力中心明显前移,气动设计中应加以考虑.     

考虑齿轮轴变形的斜齿轮接触分析

为分析齿轮轴复杂变形（弯曲变形与扭转变形的耦合）对斜齿轮接触状态的影响,利用有限元方法,研究了齿轮轴变形下斜齿轮传动系统的接触特性。通过有限差分法计算齿轮轴变形量,以及ISO 6336-1标准对齿轮啮合刚度的计算,验证了有限元方法和模型的正确性。通过分析齿轮轴特性,建立了刚性和柔性齿轮轴两种有限元模型。计算结果表明,齿轮轴的变形会影响齿轮齿向载荷分布、接触应力分布、齿根弯曲应力分布,从而引起偏载现象,并且增加了齿轮啮合重合度,降低了齿轮的啮合刚度。为分析齿轮轴复杂变形（弯曲变形与扭转变形的耦合）对斜齿轮接触状态的影响,利用有限元方法,研究了齿轮轴变形下斜齿轮传动系统的接触特性。通过有限差分法计算齿轮轴变形量,以及ISO 6336-1标准对齿轮啮合刚度的计算,验证了有限元方法和模型的正确性。通过分析齿轮轴特性,建立了刚性和柔性齿轮轴两种有限元模型。计算结果表明,齿轮轴的变形会影响齿轮齿向载荷分布、接触应力分布、齿根弯曲应力分布,从而引起偏载现象,并且增加了齿轮啮合重合度,降低了齿轮的啮合刚度。     

新型油井管钢33Mn2V穿管过程动态再结晶晶粒变化的二维数值模拟

利用有限元软件Marc/AutoForge3.1并采用二维热力耦合的刚塑性有限元法,研究新型油井管用钢33M2V穿管过程中管件内部动态再结晶晶粒尺寸的变化及分布情况。模拟时考虑工件与轧辊之间的接触热传导、工件的热辐射、对流散热以及工件的变形热,并对该热力耦合过程进行计算。模拟结果表明:荒管管壁的动态再结晶晶粒尺寸在穿管过程中是时刻变化的,而且是在一个基准范围内变化的,这个基准的动态再结晶晶粒尺寸应最终成为荒管管壁内的基本动态再结晶晶粒尺寸。     

基于集中-分布参数模型的车辆机电传动系统动力学响应及影响规律

机电传动系统在新能源车辆、高速列车等领域广泛应用,随着系统向高速、重载和轻量化方向的发展,其动力学特性愈发复杂。基于集中-分布参数模型,分析渐开线直齿轮啮合激励和轴的振动激励共同作用情况下的动力学响应及影响规律。基于有限单元法和集中参数法,结合轴模型和齿轮啮合模型建立集中-分布参数动力学模型,采用广义-a数值方法进行求解,分析轴振动和齿轮偏心量对系统动力学响应的影响。研究发现：集中-分布参数模型能够预测出轴在齿轮安装位置和轴与轴承一侧连接位置两点处承受较大的von Mises交变应力;轴的变形可诱发系统产生由轴沿Y轴、Z轴方向的弯曲振动频率及其与啮频的组合频率等新频率;仿真得到轴沿Y轴和Z轴方向的弯曲振动频率分别为1 125 Hz和874 Hz,两个频率的大小与幅值仅由轴的固有特性决定;随着齿轮偏心量增大,时变齿侧间隙、动态啮合力、轴上随时间周期性变化的von Mises交变应力和齿轮中心涡动轨迹均明显增大,且最大动态啮合力与齿轮偏心量呈线性递增关系,递增比率为1.77×10⁹. 该研究成果可为提升机电传动系统的动力学性能提供重要的理论参考依据。     

基于流体动力学的热压罐框架式模具温度场优化

热压罐固化技术已经成为复合材料生产过程中重要的成型技术,在航空航天领域已被广泛应用.针对该技术在复合材料固化过程中存在温度分布不均匀导致材料内部结构不均匀的问题,基于流体流速对对流换热的影响,提出一种热压罐成型框架式模具温度场优化方法.该方法通过逐步减小工作流体流通面积,提高其流速,增强对流换热,利用流体流速的变化来补...     

基于流体体积方法的燃油液滴蒸发过程数值模拟研究

建立了基于气液两相流流体体积（VOF）方法的燃油液滴蒸发的数学计算模型,研究了燃油液滴蒸发过程中的传热传质特性及强制对流流场对传热传质特性的影响。研究发现,燃油液滴在蒸发过程中,液滴内部并不是均匀加热,而是热点区域加热较快,其他区域缓慢加热。在初始时刻时,燃油液滴相界面处的蒸气与周围气体之间的浓度梯度较大,因此初期的蒸发速率较快,其谢伍德数Sh也较大。不同气液相温度差能促进液滴的蒸发过程,随着气液相温度差增大,液滴蒸发速率逐渐增大。随着雷诺数的增大,高温热点区域的分界线逐渐模糊,液滴内部加热逐渐趋于均匀。雷诺数越大,液滴的温度越高,但液滴温度差别较小。不同雷诺数能有效促进液滴的蒸发过程。     

机械自紧冲头推力和冲头形状研究

从能量原理的角度出发，利用塑性理论中的界限法，仿照对金属成型工艺中讨论平板楔形模具时的分析方法，分别对机械自紧厚壁筒作单纯挤扩变形，形成死区变形，发生刨削内膛变化三种情况进行了力学分析和研究，得到了机械自紧过程中变形模式的变化规律，冲头推力与冲头锥角的关系，最佳推力的锥角选取原则和影响厚壁筒变形稳定性因素等结果。     

一种两相流点火模型及数值模拟

底排点火具对底排药剂点火的不一致性是引起底部排气弹射程散布的重要因素之一。为了研究导致点火不一致性的因素和揭示点火机理,分析了某155 mm底部排气弹出膛口后点火具对底排药柱二次点火的过程和特点。基于气体—颗粒两相射流理论,提出了一种两相流强化点火模型。该模型综合考虑了纯燃气与两相射流耦合过程,以及固体—气体或液体—气体两相流对固体底排药的热辐射、热对流和热传导复合传热机制。针对底排装置出膛口后的二次点火过程进行了数值模拟,计算得到了底排药剂软化时间和点火延迟时间,数值模拟结果与实验结果基本吻合。该模型对固体火药类似点火过程具有普适性。