二维正交金属切削温度分布计算机仿真理论分析

本文作为金属切削计算机仿真的一部分，讨论了二维正交切削中切削热的产生与传出特点，研究了包含工件、刀具和切屑的系统温度分布，并推导了基于有限元法的稳态切削温度场刚度矩阵方程式。     

基于有限元的金属切屑过程仿真研究

阐述了金属切削有限元仿真的优势和理论方法.基于大变形有限元理论,建立了金属切削的有限元模型,利用通用的商业有限元软件实现了切屑形成过程的仿真.通过仿真结果,可以比较直观看到应力,温度等在切屑形成过程中的分布和变化.     

制造过程关键工艺环节的有限元仿真分析

目前生产中工艺规程的制定大都建立在经验或实验的基础上 ,许多工艺环节无法进行定量计算、产品质量难以保证 ,针对这一制造难题 ,将有限元技术引入工艺过程的分析计算 .研究了切削力对薄壁零件加工变形的影响 ;建立了切削加工过程中 ,因材料去除引起毛坯初始残余应力释放与再分布 ,导致工件产生加工变形的有限元分析模型 ,并进行了实验验证 .根据有限元模拟分析结果 ,提出了相应提高工件制造精度的工艺措施     

端铣切削可转位铣刀片刃前区温度场分析

端铣切削难加工材料3Cr1Mo1/4V过程中产生切削高温,导致刀片破损速度加快,使用寿命降低.因此精确控制切削热和准确测量切削温度成为决定此类难加工材料切削性能的关键因素.通过可转位铣刀片断续车削模拟端铣切削的实验方案,利用红外辐射测温法分析切屑自由端表面的温度分布规律,并借助有限元软件的热传导单元获得刀-屑接触区及切屑内部的温度场分布.研究结果表明,断续切削实验方案及有限元模拟可有效用于铣刀片刃前区温度场分析,从切屑一侧研究切削热及切削温度,为优化设计铣刀片槽型,提高刀具寿命和加工效率等奠定基础.     

切削区温度分布研究

金属切削加工中,切削热与切削温度是一重要的物理现象,切削温度及其分布直接影响刀具磨损和工件的加工精度及表面质量.本文通过分析切削力和刀—屑接触长度的计算,建立了刀—屑接触区的正应力与剪应力的分布计算模型,采用有限元法对稳态切削过程中切削温度分布进行了计算,得到了切削区切削温度的分布情况.     

基于Python语言金属切削仿真平台开发

在ABAQUS软件环境下,采用Python语言对金属切削过程进行二次开发,建立了金属切削仿真平台,实现了金属切削加工过程快速建模和仿真结果的自动化输出。基于所建仿真平台,进行正交切削仿真,将仿真结果与切削试验数据对比,验证了切削仿真模型.建立了变硬度材料切削仿真模型,并分析了变硬度材料的切削加工规律,探究了斜角切削时刀具前角和刃倾角对切削力的影响规律。本文研究将为切削加工机理分析和切削参数优化提供良好和高效的分析平台。     

制造过程关键工艺环节的有限元仿真分析

目前生产中工艺规程的制定大都建立在经验或实验的基础上，许多工艺环节无法进行定量计算、产品质量难以保证，针对这一制造难题，将有限元技术引入工艺过程的分析计算、研究了切削力对薄壁零件加工变形的影响；建立了切削加工过程中，因材料去除引起毛坯初始残余应力释放与再分布，导致工件产生加工变形的有限元分析模型，并进行了实验验证．根据有限元模拟分析结果，提出了相应提高工件制造精度的工艺措施。     

周期热流法测定金属材料热物性的实验及数值研究

对经典周期热流法进行研究和改进并结合相关文献对其测试理论进行分析,建立传热的二维瞬态数学模型,采用加权余量法中的Galerkin法对控制方程进行有限元离散,借助ANSYS有限元软件对周期热流法中试样的温度分布和热量传递规律进行数值模拟.根据测试原理和数值计算的结果,对测定装置进行开发和优化设计,解决了采用该法测试时难以得到较为理想的正弦或余弦温度波这一难题,减少了测试误差.通过对几种金属及合金的实验测定和数值计算,发现最大误差不超过4%,测试结果可靠,测试精度较高.     

基于有限元法的三相同壳结构GIS母线热分析

气体绝缘开关设备(Gas-Insulated Switchgear,GIS)母线的载流能力与其运行温升密切相关.基于计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)原理对三相同壳结构GIS母线温度场进行分析.建立了母线涡流场、流体场以及温度场有限元耦合分析模型,并给出了模型边界条件.将涡流场计算结果作为流体-温度场计算的热源,为了提高计算的准确性,在进行温度场分析时考虑了流体物性参数随温度变化的关系,利用无量纲参数计算母线表面对流换热系数,最终得出母线流体场与温度场分布.通过计算结果与实验值的对比表明了模型的有效性.利用该模型分析了环境温度变化对GIS母线温度的影响,为GIS母线温度在线监测提供了理论依据.     

硬态干式切削过程的有限元仿真

为研究硬态干式切削过程中切削条件对切削温度的影响规律,以通用有限元软件MARC为平台,运用局部网格加密技术,建立了PCBN刀具车削GCr15材料的二维热力耦合有限元模型．模拟结果表明,切削温度随切削速度、切削厚度增大而增大,当切削速度大于220m／min时,由于金属的软化效应,温度升高的趋势随速度的增加而变缓;切削厚度对温度的影响没有切削速度影响大;用圆弧倒棱代替负倒棱切削有利于降低刀具的最高温度．     

超精密切削切屑形成过程的三维有限元仿真

基于大变形有限元理论,建立了超精密切削的三维有限元模型,利用通用的商业有限元软件实现了超精密切削切屑形成过程的三维仿真．并对正交直角切削和斜角切削切屑的形成过程进行了比较深入的分析研究．结果表明：在同样切削条件下,斜角切削过程中产生的切削热、塑性应变和等效应力小于正交直角切削时产生的切削热、塑性应变和等效应力．     

陶瓷/金属梯度热障涂层的热冲击性能研究

利用ANSYS软件对陶瓷／金属梯度热障涂层的热冲击性能进行了有限元分析，比较了不同涂层方案和不同基体金属材料对涂层抗热冲击性能的影响，理论计算与实验结果能够很好吻合。     

高强混凝土墙耐火性能的有限元分析

确定了钢材和混凝土热工参数扣热一力本构关系,采用ABAQUS软件建立了火灾下高强混凝土墙温度分布和受力性能分析的有限元模型,计算结果得到以往实验结果的验证。在此基础上,对高强混凝土墙高温下的应力分布、混凝土裂缝以及重要影响因素进行了分析,初步了解了火灾下高强混凝土墙的力学性能,为进一步确定科学合理的抗火设计方法创造了条件。     

陶瓷材料激光加热辅助切削温度场分析

对激光加热辅助切削时的温度场进行了分析研究。在建立激光加热及切削温度场数学模型的基础上,利用有限元数值分析的方法,对激光加热辅助切削时的 温度场进行了分析计算。计算的结果表明,激光加热辅助切削时,由于激光加热温度场和刀具切削温度场的叠加作用,使切削区的温度很高,其高低的程度和激光加热点到刀具的距离以及切削速度有关,另外还与被加工材料的热物理性能有关。     

Finite Element Analysis of Thermal Stresses in Ceramic/Metal Gradient Thermal Barrier Coatings

This paper studied the thermal stresses of ceramicl metal gradient thermal barrier coating which combines the conceptions of ceramic thermal barrier coating （TBC） and functionally gradient material （FGM）. Thermal stresses and residual thermal stresses were calculated by an ANSYS finite element analysis software. Negative thermal expansion coefficient method was proposed and element birth and death method was applied to analyze the residual thermal stresses which have non-uniform initial temperature field. The numerical results show a good agreement with the analytical results and the experimental results.     

三维瞬态激光烧蚀聚合物微流道动态界面研究

相恒富，傅建中，陈子辰相恒富，傅建中，陈子辰为了预测热加工过程中的流道轮廓和烧蚀面温度场，基于CO2激光直写聚合物微流体芯片加工原理以及传热学原理和能量平衡原理，建立了三维瞬态激光烧蚀模型.通过有限元方法和伽辽金变换得到有限元矩阵方程，利用单元生死技术和高精度数值算法模拟了烧蚀过程的材料损失，并给出了三维瞬态动态烧蚀界面和温度场随时间和空间的变化关系.以聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）为例，给出了在不同时刻的数值算例，实验得到的流道深度与模拟结果吻合.仿真结果表明采用该方法预测流道轮廓和温度场是可行的.     

Numerical Simulation of Transient Thermal Stress Field for Laser Metal Deposition Shaping

To decrease thermal stress during laser metal deposition shaping (LMDS) process, it is of great importance to learn the transient thermal stress distribution regularities. Based on the "element life and death" technique of finite element analysis (FEA), a three-dimensional multi-track and multi-layer numerical simulation model for LMDS is developed with ANSYS parametric design language (APDL) for the first time, in which long-edge parallel reciprocating scanning paths is introduced. Through the model, detailed simulations of thermal stress during whole metal cladding process are conducted, the generation and distribution regularities of thermal stress are also discussed in detail. Using the same process parameters, the simulation results show good agreement with the features of samples which fabricated by LMDS.     

Effect of contact thermal resistance on temperature distributions of concrete-filled steel tubes in fire

To predicate the temperature distribution of concrete-filled steel tubes(CFSTs) being exposure to fire,a finite element analysis model was developed using a finite element package,ANSYS.A suggested value of contact thermal resistance was therefore proposed with the supporting of massive numbers of collected test data.Parametric analysis was conducted subsequently towards the cross-sectional temperature distribution of CFST columns in four-side fire,in which the exposure time,width of the cross section,steel ratio were taken into account with considering contact thermal resistance.It was found that contact thermal resistance has little effect on the overall temperature regulation with the exposure time,the width of cross-section or the change of steel ratio.However,great temperature dropping at the concrete adjacent to the contact interface,and gentle temperature increase at steel tube,exist if considering contact thermal resistance.The results of the study are expected to provide theoretical basis for the fire resistance behavior and design of the CFST columns being exposure to fire.     

强流脉冲碳离子束辐照铬镍钢表面热效应的模拟分析

为了揭示强流脉冲离子束辐照材料表面的热效应,用有限元方法建立了强流脉冲离子束辐照金属表面的传热模型,以铬镍钢(17-19Cr/9-13N i)为靶材,对不同载荷和边界条件下的热效应进行模拟,分析了靶材在不同条件下加热和冷却的效应,给出了铬镍钢在辐照后内部温度分布、状态变化以及温度变化速率.