基于表面外推法的结构热点应力计算方法研究

为获得准确的结构热点应力，确保风电机组部件疲劳寿命的可靠性，建立不同网格尺寸、单元类型的有限元模型，研究了网格精度、单元类型、外推方法对焊接接头结构热点应力计算结果的影响。结果表明：结构热点应力随着网格尺寸细化呈现出先增大后减小的趋势，在网格尺寸为0.33t (t为板厚)时达到峰值。四面体单元模型的计算结果保守且受网格尺寸的影响更为显著，并且对网格精度有较高要求。不同网格精度的四面体模型运用两种外推法计算结果最大相差13.56%；六面体单元模型运用两种外推法计算结果相差均在10%以内。随着网格细化两种外推法的计算结果逐渐接近；当网格尺寸细化到0.2t时，六面体单元模型的结构热点应力仅相差1.87%。     

基于弦轴转换的薄壁件中面网格生成方法

针对传统弦轴法在抽取薄壁件中面时存在鲁棒性差、分类方法不全以及适用性差等问题,提出一种改进的基于弦轴转换的薄壁件中面网格生成方法,以生成更加高效和高质量的中面。先通过对模型的表面类型(侧面、面对和混合面)进行识别,再综合面对法与弦轴转换法的优点,根据通过模型中的连接面来虚拟分割模型,然后根据改进的网格生成方法来高效地生成单层体网格。根据完善的体网格分类方法对体网格单元进行了分类,有效切分出中面网格单元,并经过网格优化得到了最终的中面网格结果。最后,通过实例证明了该方法的鲁棒性与高效性。     

基于不可微问题优化的四面体网格光顺算法

提出一种基于不可微问题优化的四面体网格光顺算法。针对四面体网格光顺的最小最大约束优化问题,应用一类不可微优化问题的有效解法,提出与不可微目标函数等价的可微目标函数,进一步转化为无约束极小优化问题,进而调用现有的优化程序库进行网格优化。该算法实现了多点并发优化技术,能够有效地实现四面体网格的质量优化,特别是能够有效地解决非孤立劣质单元优化问题。算例表明,该算法计算效率高,且易于实现,能够优化得到较高质量的四面体网格。     

钢板轧后控冷模拟及残余应力反演研究

采用有限元软件Ansys中的实体单元、壳单元及子模型技术模拟钢板的轧后控冷过程,得到钢板冷却后的三维温度场.结果表明,子模型技术是一种可以方便获得最佳网格密度的方法;在同样的网格密度下,壳单元可以获得较实体单元更精确的结果,因而可以使用壳单元对钢板的轧后控冷过程进行高效率的模拟.进一步推广Prime提出的残余应力测量方法,将其应用于钢板残余应力的反演,实现单次切割反演,获得单个切割面处的残余应力分布;提出单向多次切割和正交多次切割方法,以获得钢板内多个截面处的残余应力分布,应用数值模拟验证残余应力反演方法的可行性.该工作为工程中获得钢板内三维残余应力场及预测钢板切割变形提供一种可行的方法.     

一种面向3D打印的“弱平衡”轻量化建模方法

随着3D打印的发展,模型的轻量化建模已成为该领域的一个研究热点。提出一种"弱平衡"轻量化建模方案来生成3D打印模型的内部填充结构。该方案能够根据结构分析自动生成内部密度变化的填充。该方法主要包括三个步骤:利用基于截面结构分析的方法来分析模型的应力分布及薄弱部分;利用一种混合的网格偏置技术向内部偏置模型,生成壳体模型。根据模型的应力分布,提出一种改进的泊松圆盘采样技术在偏置模型表面生成连续的密度分布点,在应力大的区域,点的分布密集,而在应力较小的区域,点的分布较稀疏;提出一种"弱平衡"八叉树技术对采样点进行空间划分,利用体心立方结构及Delaunay 3D算法将偏置模型生成四面体网格模型。在该四面体网格模型中,单元四面体的体积从外部到内部渐变,且在物体薄弱部分填充密度较大。这些单元四面体被用来直接生成"框架-结点"结构。所提出的"弱平衡"轻量化方案允许根据应力分析在模型不同的部分生成不同密度的填充,从而取得全局优化的填充。     

一种面向叶片的机器人抛磨轨迹规划方法

为了实现对叶片的自动化抛磨加工,提高抛磨质量,提出了一种面向叶片的机器人抛磨轨迹生成方法。该方法在传统的分层切片算法的基础上改进了交点追踪方式,使生成的轨迹更加完善,效果更好。通过CAD/CAM技术对叶片进行建模,生成叶片的三角网格模型。对该模型进行分层切片处理,得到抛磨运动轨迹。在此基础上,确定机器人抛磨姿态并进行运动学逆向求解,得出机器人各关节运动转角。仿真与实验结果表明,该抛磨轨迹规划方法,可以有效提高叶片工件表面加工质量。     

复杂机械零件的六面体有限元网格生成方法

为了解决复杂机械零件有限元仿真效率与计算精度难以保证的问题,提出一种面向复杂外形机械零件的全六面体有限元网格生成方法。通过引入有限元网格误差估算理论对关注区域的误差特性及其导致因素进行分析;基于复杂外形机械零件的几何特征与物理特性建立模型关键区域识别准则,并研究模型计算域虚拟规划策略给出其算法及其实施步骤;以模型计算域虚拟规划为基础,提出了六面体网格生成算法与结果网格的质量评价准则。算例应用验证表明,该方法能将复杂机械零件进行全六面体有限元网格划分,生成的结果网格具有关键区域特征表达准确、全局网格分布合理且单元质量高等特点。     

数控火焰切割下料方法改进

针对数控下料的现状,介绍了传统切割方法及存在的弊端,以两种型号板料为例对切割方法进行了改进。改进后的切割方法减少了空程量,降低了预热穿孔数量,提高了工件质量和生产效率。     

边界一致的Delaunay四面体网格稳定生成算法

提出了一种稳定的四面体网格生成算法,克服了现有三维Delaunay四面体生成算法的如下不足:针对现有算法的稳定性问题,提出了随机扰动以及延迟插入的增量方法,在不牺牲速度的条件下,提高了稳定性;针对边界一致问题,改进了约束边和约束面恢复算法,使之能够处理曲面边界;针对质量问题,提出了交换和插点相结合的网格优化及Sliver单元的去除方法。并给出了几个例子检验提出的算法。     

局部到整体的六面体网格质量优化算法

网格质量是影响有限元分析结果准确性和可靠性的关键因素之一。为了提高六面体网格的质量,提出一种局部到整体的六面体网格质量优化算法。针对每个六面体单元采用双八面体几何变换进行局部规则化操作,得到高质量的规则六面体网格。在此基础上,通过迭代优化一个二次能量函数,对规则化后的网格进行整体拼接和优化,该能量函数由节点内力和表面几何约束组成,节点内力保证了规则化后六面体单元的连接性,表面几何约束保持了原始模型的几何形状。应用实例表明,该方法稳定可靠,显著提高了六面体网格的质量。     

三维复杂零件修边线快速预示方法

为解决传统的修边线预示方法在三维复杂零件修边线求解过程中所存在的诸多困难,在一步逆成形法的理论基础上,提出一种以单元层的方式进行初始几何展开的方法,将需要翻边的网格按节点相邻单元关系逐层展开到三维凹模面上,采用滑动约束面的办法对上一步展开的网格进行光顺处理,来消除重叠或畸形网格,从而得到一步逆成形法所需的三维初始解网格,经过一步逆成形法的塑性迭代求解计算能够快速获得精确的三维复杂零件修边线.先选取一个带有翻边的零件预示出其修边线,用该修边线所确定的初始板料进行翻边成形过程仿真,成形模拟后零件的翻边高度与设计高度进行对比,误差满足要求,再选取一个典型的预示修边线的实例对该算法进行验证,模拟值与试验值相比较的结果同样满足工程实际要求,表明该算法具备了足够的求解精度并且可以处理复杂形状的零件.     

基于ABAQUS/Explicit的AZ31b镁合金微铣削三维仿真研究

传统铣削仿真往往基于宏观建模而忽略了切削刃钝圆半径,对于微切削过程中出现的尺度效应以及最小切削厚度等特有现象无法进行准确描述,与实际加工差距较大。本文利用有限元软件ABQUS/Explicit对AZ31b镁合金材料微铣削过程进行三维变切削厚度仿真,采用ALE自适应技术控制网格畸变过大问题,进而获得了反映尺度效应的微铣削模型,并研究了主轴转速、铣削深度、每齿进给量对于铣削力的相关影响。     

金属切削过程有限元仿真关键技术及应考虑的若干问题

华侨大学摘要:有限元仿真是研究金属切削的一门有效而重要的技术。本文介绍在金属切削过程模拟中有限元仿真技术的应用和发展,深入分析和研究工件材料模型、自适应网格划分、切屑分离判别、刀—屑接触面摩擦模型以及刀—屑接触长度确定等五项关键技术;讨论了在实际金属切削过程有限元仿真中的真实性、可操作性、效率等方面应考虑的若干问题。     

Cutting force prediction for ball-end mills with non-horizontal and rotational cutting motions

Accurate cutting force prediction is essential to precision machining operations as cutting force is a process variable that directly relates to machining quality and efficiency. This paper presents an improved mechanistic cutting force model for multi-axis ball-end milling. Multi-axis ball-end milling is mainly used for sculptured surface machining where non-horizontal (upward and downward) and rotational cutting tool motions are common. Unlike the existing research studies, the present work attempts to explicitly consider the effect of the 3D cutting motions of the ball-end mill on the cutting forces. The main feature of the present work is thus the proposed generalized concept of characterizing the undeformed chip thickness for 3D cutter movements. The proposed concept evaluates the undeformed chip thickness of an engaged cutting element in the principal normal direction of its 3D trochoidal trajectory. This concept is unique and it leads to the first cutting force model that specifically applies to non-horizontal and rotational cutting tool motions. The resulting cutting force model has been validated experimentally with extensive verification test cuts consisting of horizontal, non-horizontal, and rotational cutting motions of a ball-end mill.     

预应力硬态切削加工过程的有限元数值模拟研究

基于预应力切削的原理,建立预应力硬态切削42CrMo钢的正交切削热力耦合有限元模型,采用剪切断裂失效准则、单元删除和任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian Eulerian, ALE)方法实现切屑的分离.研究工件材料的本构关系、切屑分离标准、刀屑接触面的摩擦模型以及热传导方程等切削模拟中的关键技术,得到不同预应力大小对加工表面残余应力的影响关系;将数值模拟结果与实验数据进行比较,两者具有较好的一致性.     

缸盖气门座圈切削过程的仿真与优化

研究工艺参数对切削性能的影响。采用传统的试切法,要花费很多时间通过做大量切削试验来选择合适的切削用量,使得新产品开发周期长、成本高。本文利用有限元软件,结合进、排气座圈加工时出现表面质量及刀具磨损较严重的问题,对加工工艺过程进行了仿真分析,得到了最佳的进给速度和主轴转速搭配方案,并结合现场试验,快速完成了切削过程的优化,解决了成本和质量问题。该方法也同样适用其他同类型的切削过程分析。     

采用改进CNN-BiLSTM模型的刀具磨损状态监测

自动化切削加工过程中,准确可靠地监测刀具磨损状态是保证加工质量和加工效率的关键。针对刀具磨损状态相关特征提取繁琐、准确率低及传统的深度学习网络不能全面提取数据隐含信息等问题,提出了一种以卷积神经网络（CNN）和双向长短时记忆（BiLSTM）网络集成模型为基础并通过在卷积神经网络中添加批量标准化层和采用两个双向长短时记忆网络层的改进模型,该模型通过自动提取小波阈值降噪等预处理和降采样后的切削力、振动和声音信号的空间和时序特征来实现刀具磨损状态监测。将改进模型与CNN-BiLSTM模型及传统的深度学习模型进行对比,发现改进模型在精度和稳定性方面有较大提升。所提方法为准确监测自动化加工过程中刀具磨损状态、提高生产效率和加工质量提供了技术支持。     

基于ALE方法的金属切削三维动态数值模拟

基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法,建立了金属切削的有限元模型,并对金属切削过程进行了三维动态模拟。ALE方法克服了模型中网格大变形问题,准确地模拟了工件材料受刀具挤压后失效、脱离过程,客观地描述了工件材料失效面的产生过程。通过对不同进给量下切削过程的模拟,得到了进给量与刀具主切削力之间的关系。通过与经验公式对比,验证了数值模型、模拟方法的正确性。     

齿轮接触非线性有限元分析

通过研究接触问题有限元基本理论,应用大型有限元分析软件ANSYS对齿轮啮合对进行接触非线性有限元分析。有限元可以处理传统解析法无法处理的啮合问题,结果比传统计算公式更准确,且可定量地分析齿轮啮合应变与应力分布情况。     

基于不同刀具前角金属直角切削的数值模拟

基于大变形一大应变理论、增量理论以及更新拉格朗日算法,建立二维弹塑性金属直角切削有限元模型;采用几何分离准则(距离准则)判断材料的分离,并自动对畸变网格进行重划分;通过用不同的刀具前角对金属直角切削过程进行数值模拟,分析总结结果,得出直角切削过程中在不同切削前角时切削力、刀具与工件的温度、应力应变的分布情况,为选用刀具形状、提高切削表面质量提供了理论依据。