基于FEM与SPH耦合算法的金属切削仿真研究

采用FEM与SPH耦合算法进行了金属切削加工仿真研究,模拟了切削过程中材料的本构行为模拟结果表明,切削过程是切削层材料受到刀具的推挤后而产生的以剪切滑移为主的塑性变形过程;在切削过程中,切削力从零开始迅速增大,然后又减小,最后在一定范围内变动;稳定切削后,前刀面上的最大等效应力在距离切削刃一定距离处上下波动.与有限元仿真结果相比较,材料的变形情况与应力分布基本相符,验证了FEM与SPH耦合算法应用于金属切削仿真研究的可靠性.     

基于Deform-3D轴向超声辅助磨削仿真试验

磨削过程可视为大量随机分布磨粒切削形成的累积效应,因此可以把复杂的磨削过程简化为单颗磨粒的切削过程。提出了一种新的超声辅助单颗磨粒磨削的仿真方法:利用Deform-3D软件,对轴向超声振动辅助磨削时单颗磨粒的速度进行加载,完成磨削力和磨削温度的仿真。仿真结果表明:在相同磨削条件,超声振动辅助磨削弧区最高温度值低于普通磨削最高温度值;超声振动辅助磨削磨粒的法向磨削力及切向磨削力均小于普通磨削条件下所得到的磨削力;随着磨粒速度增加,磨削弧区温度升高,法向磨削力与切向磨削力下降,而其磨削力比增大;随着磨粒切削深度的增加,磨削弧区温度升高,法向磨削力与切向磨削力上升,而其磨削力比下降。     

高速切削过程数值模拟的研究进展

近年来,有限元仿真技术在高速加工模拟中越来越受到广泛的应用,在研究高速加工机理、切削工艺参数方面具有不可替代的作用.介绍了国内外高速切削过程教值仿真技术的研究进展,阐述了高速切削过程数值仿真的关键技术,包括材料的本构模型、温度场和热力的耦合、切屑与工件的分离和断裂、切屑与刀具的接触和摩擦、网格控制等技术;还总结了数值仿真技术在高速切削几个方面的应用,主要包括切屑的形成、刀具切入过程刀具磨损与破损、难加工材料的可加工性、切屑的控制与刀具设计;最后还对高速切削过程数值仿真的发展方向作了初步的探讨.     

车削毛刺形成有限元仿真研究

根据刀具和工件的相对运动,建立了一种新型机热耦合车削毛刺形成有限元模型,利用撑板法解决了残留在工件侧面多余塑性变形对运算结果的影响,并大大提高了运算效率.根据车削毛刺形成过程模拟结果的分析,发现了在毛刺形成阶段工件被切削层材料既有弯曲塑性变形又有部分材料被切除的现象.结合AISI1045钢车削试验,对所建立的模型进行了验证,结果表明:车削毛刺尺寸模拟结果和试验结果取得了较好的吻合.该模型的建立为深入研究毛刺形成过程中切削热、切削力、工件材料形变、塑性流动等提供了一条有效的途径.     

大型薄壁整体结构件加工变形仿真

现代航空工业中为减轻飞机重量,提高飞机的各项机械性能,越来越多的使用整构件.加工大型整体薄壁构件时,有90%以上的材料被切削加工去除,由于材料去除后零件刚度的降低以及应力的释放,造成过大的加工变形.针对某薄壁零件加工后的变形问题,提出将加工薄璧整体结构件的铝合金毛坯分为粗加工毛坯和精加工毛坯进行加工的方法,建立了薄壁整体结构件加工变形仿真有限元模型并进行了仿真计算.仿真结果表明:通过增加粗加工毛坯的厚度,并先对粗加工毛坯进行切削加工成精加工毛坯,再在精加工毛坯的基础上进行薄璧零件的成形加工可以有效的减小薄璧零件的加工变形.随着粗加工毛坯厚度的的增加,精加工毛坯内部残余应力的分布更趋均匀,数值更小.     

平面磨削温度场三维数值模拟及其试验研究

在考虑工件材料物理性能与温度的非线性关系情况下,采用三角形热源模型对一些典型的磨削工况进行了三维有限元仿真,获得了工件的温度分布.分析了热源模型、磨削液和工件材料的变物性等因素对磨削温度场的影响,得出了一些重要结论.利用热电偶法测量了磨削温度,发现有限元仿真值与实验测量值相当吻合;采用表面粗糙度仪探测了工件轮廓,验证了湿磨时磨削温度沿工件宽度方向的变化规律.     

基于有限元分析的高速切削温度场建模与仿真

为了研究高速切削加工过程中的温度场分布情况,根据金属切削平面应变原理及温度场的有限元理论,通过对材料本构模型、刀-屑接触摩擦等关键物理环节建模,建立了正交切削有限元模型.采用伴随刀具行程移动的网格窗口描述切削区的局部大变形,使用摩擦窗口表述刀/屑间的摩擦关系,设定合适的热边界条件和形变边界条件对高速切削AISI-1045钢的温度场进行数值模拟.研究表明,最高温度集中在刀/屑接触面上刀尖附近的局部区域;刀具最高温度点位于前刀面上距刀尖不远处;工件内部温度几乎不变,仅表面的薄层发生温度变化;切削速度对切削温度影响很大,高速时温升变缓;切削厚度对切削温度影响较小.     

精密超声振动切削单晶铜的计算机仿真研究

精密超声振动车削是一种非常有应用前景的加工技术，是将一定振幅（一般小于30微米）的高频振动添加到刀具的运动过程的加工方法。对金属的超声波振动正交切削加工进行了非线性弹塑性有限元模拟分析，采用新的材料本构关系模型，在考虑刀具与工件间的存在摩擦的情况下，对超声波振动切削的一个周期进行了细节的分析，给出了振动加工过程中应力分布的变化和切削区温度分布的变化规律．揭示了振动车削降低切削力、切削热的原因。     

基于ALE-FEM法的微切削刀刃钝圆效应的仿真研究

为了研究微切削中刀刃的钝圆效应,提出了一种新的有效前角模型,模型中考虑到刀刃前的材料分离点(停滞点);并基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)法和大变形有限元法,建立了热-机耦合的正交切削有限元模型,仿真中钝圆刀刃前的材料流动出现了停滞点,而锋利刀刃却没有;结果表明,当刀刃圆弧半径一定时,切削深度的改变不影响停滞点的位置;而当切削深度不变时,刀刃圆弧半径越大,停滞点就越明显。     

平行机及自由作业的排序与转包

研究工件排序与转包相联的模型,即制造商从客户处接受一批工件,这些工件既可以由制造商加工,也可以一定费用转包给承包商加工.制造商需要确定被转包的工件集及工件的加工顺序,使得加工费用和转包费用之和为最小.研究制造商为平行机及自由作业,承包商为单机情况下的排序与转包模型,基于动态规划算法给出了近似算法,并分析了该算法的性能比.     

单晶铜AFM加工过程的分子动力学模拟

建立了AFM针尖切削单晶铜的分子动力学模型。分别采用对势Morse势和多体势EAM势计算工件原子之间的相互作用,研究了不同势能函数对模拟结果的影响。发现两种不同势能函数作用下切屑和加工表面的形成的差别很小,但是用Morse势时系统的势能和牛顿层的温度比用EAM势时要大。用EAM势计算工件原子之间的相互作用,分析了不同切削深度下系统势能、工件单个原子势能的变化,发现随着切削深度的增加,系统势能增长的斜率增加,单个工件原子势能突变的梯度减小。     

CNC铣齿机床加工曲线齿锥齿轮仿真系统的研究

从空间占位角度对曲线齿锥齿轮加工过程进行了分析，得出了建立CNC铣齿机床加工仿真系统的基本思想。以AutoCAD为开发平台，建立了简化后的刀具和齿轮毛坯实体零件库；同时，将CNC铣齿机床各轴运动转化到刀具和齿轮毛坯的相对位置调整，通过刀具和齿轮毛坯的相减布尔运算实现了仿真切齿过程。最后给出了加工仿真实例和实际加工结果，验证了加工仿真方法的正确性。为设计和制造都很复杂的曲线齿锥齿轮加工提供了一个非常形象的加工仿真工具。     

金属目标覆盖双负介质时的宽带散射

由双负介质的本构关系出发,利用时频转换关系,推导出了描述双负介质中电磁场与电磁流的微分方程组。将该方程组按标准Yee元胞差分离散时电场和磁流在整数时间步取值,磁场和电流在半整数时间步取值。电流在电场的节点取样而磁流在磁场的节点取样,得到用于FDTD计算的三维递推表达式。讨论了双负介质和双正介质交接面处介质参数的处理方法。随后,与文献结果对比验证了该算法和程序的正确性。最后,计算了金属目标覆盖双负介质时的宽带散身,结果表明双负介质覆盖层可以在宽频段内减小金属目标的后向RCS。     

先细分后分裂的新式四面体网格交互切割方法

提出了一种新式的由四面体网格构成的三维模型的交互切割方法。切割方法首先将四面体网格细分从而消除边交点和面交点,然后分裂面、边和顶点来形成切口。与以前的切割方法相比,该方法避免了繁琐的分类处理,在任何切割状态下均可产生合理的分裂结果,并且可以有效地处理切割刀大角度转向的情况。最后给出了切割方法的实现和对不同模型进行切割的效果。     

基于局部模型的多更新率切削仿真力觉渲染算法

提出了一种牙科手术虚拟现实模拟训练系统的力觉计算方法。为了保证切削仿真的逼真度、力觉计算的快速性和交互稳定性,提出了基于局部模型的多更新率体系架构的计算方案。仿真系统分解为三个不同计算频率的线程,即切削仿真、力觉伺服和图形显示线程。提出虚拟工具和切削工具的概念,实现交互力计算和牙齿三角片网格模型切削变形的协调;基于虚拟工具和牙齿三角片碰撞检测信息构造局部模型,实现力觉设备控制与切削仿真线程的解耦,降低了对切削仿真线程计算频率的要求;利用多线程技术保证图形显示和力觉显示的数据传输和时间同步。针对局部模型更新时的振荡问题,采用改进的恢复时间方法对局部模型进行插值,增强了仿真系统稳定性。基于力觉交互设备Phantom建立试验平台,开发了牙科手术力觉交互仿真软件,通过试验验证了本文算法的有效性。     

考虑接触摩擦的金属捻线捻制成形过程计算机模拟

建立了捻线捻制成形过程中的接触摩擦模型，采用小球分裂算法和Augmented Lagrangian法进行接触搜索和接触力计算。提出钢丝绳捻制成形计算机模拟的系统模型，系统能够生成可被ANSYS直接调用进行非线性分析的APDL，数据文件。对钢丝绳一次捻制成形过程进行了模拟计算。研究结果表明，非零自扭转系数较自扭转系数取值0．0时，相应的法向接触压力和摩擦接触应力的值较大，且接触应力沿螺旋线呈条状分布；非零摩擦系数与无摩擦条件相比，相应捻制加工应力应变的值较大，且自扭转系数等于1．0时，线截面内的剪应力最小，塑性区对弹性区的制约较小，弹性恢复较大；考虑摩擦时钢线表面的轴向残余应力计算结果比无摩擦条件下的计算结果更接近实验结果。     

样条小波自适应阈值多尺度边缘检测算法研究

在Marr的计算机视觉系统中，图像边缘检测占据着重要位置。但由于问题本身的复杂性和技术手段的限制，已有的边缘检测方法并不能得到较理想的边缘。充分利用小波变换的特点。设计三次B样条平滑滤波算子，对图像进行多尺度滤波。得到不同尺度的小波变换，再结合由适应阈值方法，在每种尺度下分别提取图像边缘；而后利用过缘信息的多尺度特性。融合多尺度边缘得到单像素宽边缘。通过计算机仿真对该方法进行验证，实验结果表明该方法不仅能准确检测出图像边缘，而且能有效地抑制噪声，该算法对图像边缘检测的效果优于目前已有的边缘检测算法。     

二元合金多晶粒枝晶生长相场法模拟

利用耦合溶质场的相场模型模拟计算了Ni-Cu二元合金单晶粒和多晶粒枝晶生长过程。计算结果表明:枝晶生长初期,在枝晶相互接触碰撞前,晶粒间无相互影响,与单晶粒生长过程相同;在枝晶相互接触碰撞的区域和计算区域边界出现溶质的富集,造成了实际过冷度的减小从而抑制了枝晶的生长速度,致使枝晶的生长受到了抑制,出现了枝晶弯曲、尖端变秃等现象;在枝晶没有相互接触区域因实际过冷度不同出现了择优现象,多晶粒生长过程不能简单地看成是多个独立单晶粒在空间上的叠加。将计算模拟结果和实验结果进行了比较,两者吻合良好。     

盾构机掘进对大堤安全影响的三维数值模拟及试验验证

基于自适应接触算法,建立盾构机、土体、大堤三者相互作用三维非线性有限元模型,结合刚度迁移法对盾构机掘进过程进行仿真,详细模拟盾构机超挖、机身坡度、机身与土体的相互作用、注浆时空变化性质、开挖面泥水压力、拖车作用等施工因素.模拟结果在与试验段实测数据进行对比的基础上,预测了大堤在盾构机掘进过程中的沉降规律,为越江隧道施工过程中保障防洪大堤的安全提供参考.