纵扭超声铣削残余应力三维有限元仿真与试验

针对钛合金等航空难加工材料,提出采用纵扭复合超声振动辅助铣削的加工方法以实现压应力抗疲劳制造。根据侧铣-顺铣加工特性,基于热力耦合作用建立了钛合金铣削等效三维有限元仿真模型,有效提高了计算效率,实现了刀具作为载体的纵扭超声振动仿真。根据铣削残余应力的形成机理,通过机械应力和热应力的加载-释放,完成了加工残余应力的仿真。利用所建立的有限元模型,从切削力、切削温度以及加工残余应力角度出发,对比分析了传统铣削和纵扭超声铣削的差异性,得出纵扭超声振动能够有效降低切削力和切削温度,增大表面压应力值和压应力层深度。通过试验对纵扭超声铣削等效模型进行了验证,结果表明所建立的三维有限元模型能够以较高的精度对切削力、切削温度和加工残余应力进行预测;进一步通过数值模拟研究了刀具几何参数以及超声表征参数对加工残余应力的影响规律,为实现钛合金的压应力制造奠定了基础。     

基于ABAQUS的骨铣削残余应力分析

在骨科手术中,已加工骨表面的残余应力会影响骨裂纹生长以及骨表面质量。为研究铣削参数对骨材料已加工表面残余应力的影响,通过ABAQUS软件对球头铣刀铣削皮质骨进行有限元仿真,并验证了模型的正确性,设计了主轴转速、进给速度和铣削深度对残余应力的单因素试验。研究结果表明：表面残余应力与进给速度呈负相关,与铣削深度呈正相关;残余应力随主轴转速的增加呈先上升后下降的趋势,转速2000r/min为转折点。合理的铣削参数可以控制皮质骨已加工表面残余应力,从而提高骨科手术质量。     

带分流叶片的离心泵叶轮内部流场的PIV测量与数值模拟

用PIV技术和工程上广泛应用的k-ε标准两方程模型,对不同工况带分流叶片的离心式水泵叶轮内部流场进行了测量和计算模拟。通过试验测试和模拟计算,获得了不同工况下叶轮内的流速分布规律,揭示了叶轮内流动的非对称性、长叶片吸力面进口附近有回流、各种工况下分流叶片前缘入口稍后吸力侧均存在一个高流速区、分流叶片改善出口速度分布、随着流量增加叶轮内相对速度的大小增大明显等对带分流叶片离心泵性能有直接影响的多种流动现象。     

结构优化对风机叶轮焊接残余应力和稳态运行的影响

本文利用大型通用有限元软件ANSYS,分析了15Mn Ni Cr Mo V离心式压缩机叶轮在不同叶片结构下焊接残余应力和运行应力的变化。结果表明:未进行结构优化之前,叶轮在焊接后的残余应力和正常运行时所受到的运行应力均较大,但是叶轮在经过叶片切割6°、12°和25°的结构调整后,叶轮焊后残余应力均明显降低,叶轮整体的残余应力最大降低了46.4%,叶片残余应力最大降低了53.6%。但是,随着叶片切割角度的增大,叶轮的运行应力却逐渐增加,而且切割25°后的叶轮运行应力超过了材料的屈服强度。     

基于RBF神经网络的航空叶片铣削残余应力预测

为了获得航空叶片精密铣削中的残余压应力,引入径向基函数神经网络对GH4169叶片铣削残余应力进行预测。以刀轴侧倾角、铣削速度和每齿进给量为设计因子开展球头刀铣削实验,采用X射线法测试残余应力;采用实验样本对径向基函数神经网络进行训练,获得残余应力的径向基函数模型,并与传统的多元线性回归模型与BP神经网络进行对比,结果表明径向基函数模型的预测精度最高。分析工艺参数对铣削残余应力的交互影响规律,结果表明铣削残余应力与3个工艺因子之间存在高度的非线性映射关联。所提出的径向基函数模型有望为航空叶片铣削工艺优化奠定理论基础。     

干式铣削对淬硬钢表面残余应力的影响研究

以SKD11淬硬钢为高速铣削研究对象,研究不同铣削参数对SKD11淬硬钢加工表面残余应力的影响.运用大型商业软件DEFORM-2D建立了干式铣削残余应力的有限元模型,并利用该模型分析不同切削参数对工件表面残余应力的影响情况及残余应力产生的原因;通过实验验证的方法将仿真的结果和实验结果进行对比得出模型误差小于16.4％,证明仿真模型可行.模拟实验得出:在高速铣削SKD11淬硬钢时,适当的减小切削速度和增大切削深度,可有效降低残余应力对加工表面质量的影响.     

基于装夹力监测的叶片类零件铣削残余应力变形感知预测

针对叶片类薄壁零件铣削加工装夹卸载后发生的残余应力变形难以准确预测的难题,提出了基于装夹力监测的残余应力变形感知预测方法。建立了残余应力变形感知预测的数学模型,对感知预测过程进行了数学表述;基于超静定结构理论提出了残余应力变形感知预测的求解方法,利用变形协调方程实现了基于装夹力变化的残余应力变形等效求解;分析了几种典型装夹形式的感知过程,提出了残余应力变形感知预测的实现步骤;搭建了残余应力变形感知预测试验平台,将叶片简化为薄板模型进行了铣削残余应力变形感知预测试验,试验结果表明,装夹卸载后残余应力变形感知预测值与实测值相比误差为13%,具有较好的一致性,从而验证了该方法的有效性。     

GH4169铣削残余应力研究及工艺参数优化

GH4169材料在航空、航天热端部件的制造中应用较多,为了改善GH4169材料的工件疲劳寿命、提高加工效率,文章设计了GH4169铣削工艺参数与工件表面残余应力之间的正交试验。通过试验,建立了铣削参数与铣削表面残余应力之间的经验公式,分析了铣削参数对铣削表面残余应力的影响规律。另外,应用遗传算法,以铣削表面残余应力、材料切除率的期望值为优化目标,对铣削参数进行了多目标优化,并对优化结果进行了试验验证。结果表明：切削速度对X、Y向残余应力的影响是最主要的,每齿进给量对于X向残余应力的影响次之,对于Y向残余应力的影响最小;切削深度对于X向残余应力的影响最小,对于Y向残余应力的影响次之;较小的切削速度和较大的每齿进给量有利于获得期望的表面残余应力,切削深度的变化对残余应力的影响较小;优化的铣削参数组合为：vc=26.64 m/min,ap=0.45 mm,fz=0.10 mm/z,ae=0.25 mm,可以降低GH4169材料表面残余拉应力,提高切削效率,为GH4169零件铣削参数的选取提供依据。     

焊接残余应力引起铣削加工变形的研究

焊接过程会产生残余应力,铣削加工后焊接残余应力释放和重新分布对铣削变形产生很大影响.为了研究残余应力释放和重新分布规律,采用有限元方法以最小焊接残余应力作为初始应力对铣削加工进行了数值模拟,获得了焊接试验件铣削加工残余应力和变形,并对焊接残余应力释放和重新分布以及加工变形进行了分析.     

离心压缩机三元叶轮形状优化设计

在三维参数化建模的基础上,对某离心三元叶轮进口叶片的前缘进行了形状优化设计,在叶轮质量和变形满足要求的条件下,得到了叶轮进口叶片前缘的最优结构尺寸参数.降低了叶轮最大应力并改善了应力分布状态,为离心压缩机三元叶轮设计提供了重要的依据.