矩阵算子法构建切削滑移线场的分析

刀具与切屑接触的摩擦因数呈不均匀分布增加了正交切削分析的难度,缺少一个完善的解析模型。针对于此,本文采用矩阵算子法构建了一种考虑在刀-屑接触面上变摩擦因数的滑移线场。通过Oxley的剪切切削理论找出工件表面材料塑性剪切变形的位置,为滑移线场的添加几何约束条件,从而求解滑移线参数。根据滑移线场,导出刀-屑接触长度,推算出切削力的解析式。模型计算结果与GH4169切削有限元仿真结果对比发现：刀-屑接触长度误差在9.8%内,两者的切削力在变化趋势上一致且数值上相近,验证了滑移线场的准确性。上述研究成果为变摩擦因数的正交切削分析刀-屑接触长度和切削力提供了理论方法。     

切削过程绝热剪切带的滑移线场研究

根据滑移线场理论,对于切削过程绝热剪切带内的塑性变形,提出了一种四边界五区域滑移线场模型,并给出了相应的速矢图。定义了包括刀屑摩擦接触边界、刚塑性边界、准刚塑性边界和准自由边界的绝热剪切带滑移线场边界。根据不同的应力边界条件、绝热剪切带内滑移线场应力变化趋势和滑移线场几何形状分析,将绝热剪切带滑移线场划分为五个区域。采用矩阵算子法确定了滑移线场模型的几何参量,给出了求解绝热剪切带内应力分布的方法。采用提出的绝热剪切带滑移线场模型,对于正交切削FV520(B)不锈钢材料,分析计算了由于绝热剪切引起的导裂角随刀具前角和切削速度的变化规律。通过已加工表面几何形貌实验观察,印证了导裂角与已加工表面质量的相关性。     

一个考虑刀具切削刃钝圆影响的正交切削模型

对正交切削过程的力学边界提出了合理假设,用试探法建立了考虑切削刃钝圆影响的滑移线场模型及相应的速度场模型。分析表明,该模型基本满足静可容和动可容的要求。并采用这一模型对切屑卷曲现象进行预测和分析。     

基于滑移线理论计算板料弯曲变形力

板料弯曲变形力一般都是根据材料力学方法计算,而滑移线法常用作分析理想刚塑性材料平面变形问题。通过对板料弯曲变形区应力状态分析,利用滑移线理论建立滑移线场,并根据滑移线场推导变形区的应力分布方程。基于变形区应力分布方程计算板料弯曲变形力,进一步对变形力进行修正,修正后的计算结果与根据弯矩求得的结果吻合较好。     

基于修正滑移线场模型的倒棱刀具切削力预测

基于材料塑性滑移理论与刀具刃前材料流动状态分析,提出了一种考虑倒棱刀具负前角切削过程下的材料滞流区（死区）和预剪区的修正滑移线场模型,并给出了材料流动剪切应力和刃前切削几何参数的迭代求解方法,揭示了倒棱刃口几何形状与滑移线场几何参数之间的变化规律。将此模型应用于倒棱刀具切削过程,得到了适用于倒棱刀具正交切削力的预测方法。采用有限元仿真和切削试验相结合的方法对所提出的滑移线场模型和切削力预测方法分别进行了验证,模型预测结果与仿真结果和试验测量结果对比误差均在10%以内。研究结果为研究倒棱几何形状对工件材料流动特性和刀具切削性能的影响提供了参考。     

基于滑移线场的SiCw/6061复合材料挤压变形晶须形貌分析

为探讨挤压变形对SiCw/6061复合材料晶须形貌的影响规律,首次引入塑性变形滑移线场理论对SiCw/6061复合材料的挤压过程进行研究。通过给出典型挤压工艺的正挤压实心件及反挤压杯形件的滑移线场及速端图,分析滑移线场以及速度间断对晶须形貌的影响,并与试验所得相应晶须形貌电镜照片进行对比。研究结果表明,最大切应力将引起SiC晶须沿滑移线切线方向的转动,导致晶须取向为其初始方向与滑移线方向的合矢量;速度间断所对应的沿滑移线切向的剧烈速度变化将导致位于速度间断线两侧的SiC晶须发生折断。     

基于最小能量法的高速切削锯齿状切屑变形分析

以高速切削典型变形特征为研究对象,建立了锯齿状切屑的几何模型。根据高速切削绝热剪切理论,通过对剪切面相对滑移失稳瞬间的切屑块受力平衡分析建立力学模型和运动学模型,获得切屑摩擦力和剪切力及剪切速度和切屑流动速度,并确定了切削能量方程。在考虑应变、应变率、切削温度和变形硬化因素条件下按最小能量原理求变形方程,结合变形曲线的分析和切削理论确定了高速切削变形方程及影响变形的因素。分析结果表明,切屑锯齿化是塑性变形超过临界失稳条件的结果。     

用切削速度模型求解剪切角的新方法

通过对切削区速度场的分析，建立了切削过程的速度模型。根据此模型，导出了二元切削时求解剪切角φ的简化公式。此公式的计算结果比现有的其他公式更接近实际情况。由此得出结论：在切削过程中，剪切角φ的大小不仅取决于刀具前角γｏ，而且和被切材料在剪切前后的速度之比｜ｖ｜／｜ｖｃ｜有较大关系。     

速度滑移影响下液体静压止推轴承静态性能分析

为了研究微尺度下速度滑移对液体静压止推轴承性能的影响,将速度滑移模型引入传统雷诺方程中,得到修正的雷诺方程;通过求解修正后的雷诺方程,得到速度滑移影响下八油腔液体静压止推轴承的静态性能特性。研究结果表明:速度滑移的存在并没有改变轴承性能的变化趋势,但使得相同油膜厚度下油膜压力、轴承承载力和刚度增大;随着滑移长度的增大,轴承油腔压力、承载力及刚度增大,最优油膜厚度变小;轴承的承载力和刚度随着供油压力的增大而增大,供油压力相同时,速度滑移使得轴承承载力和刚度有一定程度的增大。     

考虑速度滑移的多孔质静压气体轴承静特性

对于多孔质材料内的气体流动,基于Darcy定律建立其理论模型,并建立气膜间隙流场的雷诺方程,考虑速度滑移修正方程;将上述2个区域的压力分布方程进行耦合,通过有限元方法对耦合后的压力分布方程进行离散化,用超松弛迭代求解出气膜内各节点的压力分布,分析速度滑移对多孔质静压气体轴承静特性的影响。结果表明,考虑速度滑移所计算的气膜压力分布变化平稳过渡,没有较大的突变。计算轴承的承载力及刚度,结果显示在气密间隙小于15μm时,随着气膜厚度的增大偏心导致的压差增大使承载力不断增大;且当速度滑移系数小于0.1时,速度滑移对轴承承载力及刚度有较大的影响。     

金属切削加工中刀—屑紧密型接触长度的研究

以李—谢弗滑移线场模型为基础 ,从理论上推导了刀—屑紧密型接触长度lf1的计算公式 ,认为刀—屑紧密型接触长度是切削第一、第二变形区综合作用的结果 ;通过切削试验 ,讨论了切削参数对刀—屑紧密型接触长度的影响 ;将计算结果与试验结果相比较 ,分析了该理论公式的合理性及适用范围     

切屑卷曲模型及其控制参数的研究

分析了Lee—Shaffer刚塑性滑移线场切削模型的不足 ,强调切屑形成过程中存在加工硬化 ,据此建立了基于线性强化弹塑性材料的切屑卷曲模型 ,定义了衡量切屑卷曲程度的参数———刀—屑接触长度比λ,并通过切削试验对新的切屑卷曲模型进行了验证。     

基于近似因子分解法的铸造充型过程数值模拟研究

目前求解流动过程中速度场、压力场最常用的方法是SOLA法,在求解过程中由于需要在连续性方程、动量方程间反复迭代,所以计算效率不高。采用近似因子分解法进行速度场、压力场求解,由于在求解过程中每一步均可采用托马斯算法求解三对角方程,所以计算简单,可有效提高计算效率。最终建立了基于有限差分法的流动场数值模拟程序,并针对Benchmark件进行了充型过程流动场数值模拟,通过对比模拟结果与实验结果,验证了计算模型的正确性。     

可压缩体的滑移线场理论

从理论上建立了可压缩体的滑移线场理论，并给出了解析实例。研究表明：在平面应变条件下，可压缩体内的两族滑移线不仅不正交，而且随着平均正应力的不同而变化；可压缩体的平面应变问题可以直接采用现有的致密体的滑移线场来求出。     

微尺度下液体静压轴承性能研究

针对液体静压轴承油膜缝隙流动所出现的微尺度效应,采用计算流体力学的分析方法,应用Navier速度滑移模型,将近壁面速度滑移边界条件引入到油膜二维流动,推导出适合流体二维流动的N-S方程,并对轴承承载力和刚度进行分析。结果表明,微尺度下速度滑移对轴承的承载力和刚度造成了极大的影响,滑移长度增加时,轴承的最大承载能力将严重减小,油膜刚度将会增加;滑移的发生导致最优的油膜厚度变小。     

界面极限滑移条件下的液膜密封流场平均速度分布规律

为研究液膜密封流场平均速度分布规律,及其与流-固界面剪切应力之间的关系,基于Couette流动模型建立存在边界速度滑移时的密封间隙流场速度计算模型,采用Mixture均相模型和Schnerr-Sauer空化模型,通过数值模拟考察界面无滑移(滑移速度为0)和无剪切(滑移速度最大)2种极限情况下不同转速时液膜轴向不同位置处的微流场径向、切向和轴向速度分布,并建立流体型槽界面剪切力-速度拟合模型。研究结果显示：液膜的切向速度远大于径向和轴向速度,三维合成速度分布规律主要由切向速度决定;流场在槽区内近台阶轴向1μm范围内压力梯度发生突变,但非槽区和槽区流场相对独立,非槽区可视为简单Couette流动,槽区为逆压梯度Couette流动;流-固界面粘附剪切应力的大小与液膜边界速度滑移密切相关,槽区界面剪切应力变小时,边界滑移速度和槽内外流场各方向速度均变大,且转速越高,数值越大;在不高于10 000 r/min时,空化效应对整体平均速度场的影响较小,但速度更高时,需量化空化效应,并对剪切应力-速度拟合模型进行修正。     

利用速度相似因子η使滑移线法用于求解轴对称成形参数

由于平面变形与轴对称变形的速度存在相似性,故可从速度边界条件推得这两种变形的速度相似因子η。利用η可使滑移线法推广用于求解轴对称成形参数。经验证,所得的滑移线解很接近真实解。     

粗糙平板间平面镦粗的滑移线场的建立——用数学解析法和计算机辅助设计

通过分析粗糙平板间平面镦粗时金属的流动规律，用数学解析法和计算机辅助设计相结合，确定该塑性变形体内各点最大剪应力的轨迹，即建立滑移线场。     

磨削区流体速度场建模与实验研究

根据Navier-Stokes方程和流体流动的连续性方程,建立了砂轮/工件楔形接触区流体速度场的数学模型并进行仿真.结果表明,流体速度随砂轮速度的提高而增加,在砂轮宽度方向除在砂轮边缘产生突起外,流体速度分布规律相同;对砂轮与工件之间楔形区域形成的流体速度场进行了实验研究,实验结果表明,依据Navier-Stokes方程和流体流动的连续性方程建立的速度场理论模型与实验结果吻合,理论模型能很好地预测接触区流体速度场分布.     

粗糙平板间平面镦粗的移线场的建立：用数学解析法和计算机辅助设计

通过分析粗糙平板间平面镦粗时金属的流动规律，用数学解析法和计算机辅助设计相结合，确定该塑性变形体内各点最大剪应力的轨迹，即建立滑移线场。