基于温度匹配法的平面磨削3D有限元仿真及试验

为了准确预测工件表面及亚表面不同深度的温度场变化,基于反热源原理,以实际测量的磨削温度为基础,采用温度匹配法建立适应真实磨削加工时接触区的热源模型。运用有限元法,仿真计算工件磨削温度场的变化,并与瑞利分布热源模型预测结果对比,对工件表面及亚表面不同深度磨削弧区的磨削温度场进行测量。结果表明:基于温度匹配法建立的热源模型模拟的表面及亚表面不同深度温度场与实测值具有很好的一致性,相对误差在3.0%～7.5%,比瑞利热源模型预测的温度场分布精度提高了近2倍。      

金属材料超高速磨削温度场的实验研究与有限元仿真

在用热电偶进行磨削温度实验的基础上,分别运用解析法和有限元仿真法研究了金属材料超高速磨削的温度场,得出了其磨削温度场的分布;并分析了不同热源模型对温度场分布的影响.分析结果表明:随着Peclet数L值增大,磨削区热流分布从三角形变为均匀分布,且不同热源模型最高磨削温度相近,但出现的位置不同.     

基于环形非均匀热源的磨削温度场建模与实验研究

目的解决杯形砂轮平面磨削复合材料时的热损伤及温度实时监测困难等问题,对磨削温度场的动态变化规律进行相关研究。方法通过分析杯形砂轮平面磨削时材料的去除机理,在柱坐标系下提出周向和径向呈不同函数分布的非均匀热源模型,并基于该模型建立磨削温度场的数值模型用于预测磨削温度,最后提出杯形砂轮平面磨削时磨屑带走热量所引起温度预测误差的计算方法。开展人工热电偶测温验证实验,对比不同热源模型下的预测值和实验值,验证非均匀热源及其温度场数值模型的准确性。结果相较于均匀热源下的温度场,非均匀热源下的温度场与实际温度场具有更高的吻合度,将温度预测的误差从约23%降低到6.5%以下。结论磨削深度对磨削温度具有较大的影响,且在进行高效深磨的时,为保证温度预测的精度,需考虑磨屑带走热量所引起的误差。     

复杂曲面硬脆材料零件磨削加工数值模拟

建立了大型复杂形面薄壁石英纤维复合材料的树脂金刚石磨削过程传热学模型,并基于有限元方法,利用工程数值模拟软件ANSYS对石英纤维材料磨削时的热传递过程进行了数值计算,得出工件的温度场分布规律及温度变化历程。研究表明：以现行磨削用量干磨削后,磨削最高温度达到316℃,热量主要分布在表层2 mm深范围内,对工件表面材料性能影响不大;同时得到了温度场分布随热源的移动而变化的规律及工件表面某位置下不同深度的温度变化历程。借助有限元方法对工件表层的温度场进行仿真,可以预测整个磨削过程,优化磨削参数,减少试验次数与成本,为解决磨削表面热损伤和热变形等问题提供了依据。     

基于ANSYS移动热源电火花线切割温度场仿真研究

为了研究移动热源下电火花线切割温度场分布情况,结合热力学知识及放电通道的移动,建立了气中移动热源温度场模型,并推导出移动高斯热源的热力密度公式,确定移动热源下温度场初始条件与边界条件,根据实际加工情况建立仿真模型,利用ANSYS软件模拟了在移动热源下电火花线切割加工过程,得到Cr12MoV工件表面温度场的变化规律以及单个电蚀坑模型,进一步确定电蚀坑分布情况为多级排列,给出理论蚀除量计算公式,为预测工件蚀除率提供了依据。设计单因素实验,结果表明,移动高斯热源下电蚀坑的椭圆形建模是可行的,实际加工条件下电蚀坑形状与仿真结果相符,且由此结论计算的理论蚀除量与实际加工过程中工件的蚀除体积相当接近,验证了建立模型的合理性及仿真研究的可行性。     

不同磨削参数下高温合金磨削温度场的数值模拟及试验研究

磨削加工产生的温度场会根据自身分布特性对试件造成不同程度烧伤。提出改进的平面磨削热量分配理论模型并结合ABAQUS建立磨削温度场有限元模型,基于热成像法提出一种研究试件表面温度场分布的方法,并对仿真结果进行了验证,利用表面形貌对加工质量进行了分析。结果表明：仿真结果和实际加工过程的温度相对应,且靠近工件中心1 cm范围内都是高温区域;磨削高温所影响的深度大约只存在于温度影响深度的前1/3。     

成形磨齿温度场的有限元分析与验证

通过试验得到成形磨齿切向磨削力,基于有限元分析理论,采用矩形移动热源模型对成形磨齿温度场进行了瞬态分析,得到了某种工况下的温度分布图和温度梯度分布图。研究表明:成形磨齿加工过程中,齿面末端靠近齿根处温度最高,非常容易出现烧伤情况。对齿面最高温度进行了理论计算与仿真,得到了不同磨削深度下的温度曲线图,通过对比磨削温度的理论值与仿真值,证明了仿真结果的可靠性。     

用有限元法进行低温磨削钛合金温度场的研究

钛合金的加工性能很差，磨削温度对其磨削性能有重要影响，为了改善钛合金的磨削加工性，分析磨削区温度场分布情况并研究如何有效降低磨削区温度具有十分重要的意义，本文建立了平面磨削时工件的传热学模型，并基于有限元原理，利用工程数值模拟软件ANSYS对钛合金（TC4）工件在常温和使用液氮冷却的低温条件下的磨削情况进行了模拟仿真研究，通过分析不同温度条件下磨削钛合金时的磨削温度场分布情况，表明采用液氮冷却的低温磨削技术可以有效降低磨削区的温度，从而有利于钛合金的磨削，文章最后在常温及低温条件下对钛合金进行了磨削实验研究，验证了仿真分析的结果。     

工程陶瓷高效深磨温度场的有限元仿真

运用有限元法对工程陶瓷氧化铝及部分稳定氧化锆进行了高效深磨磨削温度场的仿真研究。基于磨削温度的实验和传热学理论,得出了工程陶瓷工件的磨削热分配比;得出了干磨及湿磨两种状态下工程陶瓷磨削温度场的分布。分析了磨削温度梯度对工程陶瓷热裂纹的影响。表明随着砂轮线速度增加,磨削温度场温度梯度增大;随着磨削深度增大,不同材料的磨削温度梯度变化不同。磨削温度梯度与磨削热裂纹的产生有一定的对应关系．     

Ti-6Al-4V短电弧铣削加工热源的有限元分析

为确定短电弧铣削加工的热源，选取高斯热源和均匀热源，以Ti-6Al-4V为工件材料，分别建立两种热源下的三维短电弧单凹坑有限元仿真模型。开展单脉冲实验，分析采集的电压、电流波形；观看高速摄像机拍摄的照片；对比超景深拍摄的单个凹坑尺寸、三维形貌、轮廓曲线，得出高斯热源更适合短电弧铣削加工。并在确定热源的基础上截取三维凹坑的二维截面，证明所建立的高斯热源模型是可靠的，能比较准确地模拟短电弧铣削放电凹坑形成过程。     

氮化硅陶瓷干湿磨削温度与表面质量研究

为研究干湿磨两种条件下氮化硅陶瓷温度场特性,以及磨削力、温度场特性与表面质量三者间的关系。在理论分析的基础上运用ABAQUS有限元软件对其进行仿真,最后通过实验分析干湿磨条件下的温度场对其表面特性的影响。得出在干湿磨两种条件下的磨削力与磨削区温度场的关系以及磨削温度场的分布情况;并分析了温度场对其热裂纹的影响与温度和其表面特性的关系。得出磨削力是影响磨削区温度场变化的主要因素;随着磨削表面下深度的增加,湿磨下磨削温度的幅度变化要大于干磨,且磨削温度的幅度变化对其表面特性与裂纹的产生有所影响;干磨条件下的表面粗糙度与微观形貌要优于湿磨条件下。     

多电弧埋弧焊共熔池温度场动态数值模拟

在分析焊接过程中的能量方程、边界条件和焊接热源分布模型的基础上,建立双电弧运动作用下埋弧焊熔池的温度场数学模型,采用有限元方法计算与分析了不同焊接速度、焊接电压对双电弧埋弧焊熔池温度场分布的影响规律,得出了不同焊接速度、焊接电压参数下对应的熔池形态特征,为双电弧焊高速埋弧焊过程焊缝成形因素分析及工艺优化提供了基础.     

基于ABAQUS的双丝埋弧堆焊层温度场模拟

利用ABAQUS软件的FORTRAN语言编写程序实现双丝埋弧焊温度场的有限元计算,从而建立了该温度场的有限元模型,研究移动热源载荷下,不同工艺参数对双丝埋弧焊层温度场分布的影响,并且进行堆焊试验验证。试验结果表明,随着焊接电流和电弧电压的增加,熔池的熔宽及熔深都有所增加;随着焊接速度的增加熔宽、熔深都有所减小。这一结果与仿真结果一致。     

激光-等离子弧复合焊温度场的数值模拟

利用峰值热流随深度衰减的高斯体热源与高斯面热源相结合的方法,建立了激光等离子弧复合焊三维运动热源模型,重点考虑了由热源间距引起的激光束与等离子弧之间相互作用对热源模型的影响.基于所建立的热源模型对2 mm厚1420铝锂合金板的激光等离子弧复合焊接温度场进行了有限元分析,得到了不同热源间距条件下焊接区域的温度场分布.结果表明,仿真结果与试验结果相符合,证明了该热源模型是反映了客观实际的.此工作对于激光电弧复合焊接传热及工艺研究具有指导意义.     

角接接头旋转电弧焊接热源模型温度场模拟

针对角接接头旋转电弧焊接温度场模拟问题,建立了旋转电弧焊丝端部轨迹方程;考虑其焊缝特性并引入焊炬夹角,建立了一种改进的热源模型;以Q235为母材,焊炬夹角45°为例,运用该热源模型进行温度场仿真,获得了其动态温度场分布规律。仿真结果表明,靠近上侧板焊缝温度要略高于下侧,说明其焊接熔池不对称,且靠近上侧板熔池的宽度与深度大于下侧板;同时,旋转运动引起的温度叠加作用,使得靠近热源中心前部的温度要略高于热源中心温度。仿真结果为正确选择焊接工艺及工件变形分析提供参考。     

激光+GMAW复合热源焊焊缝成形的数值模拟Ⅱ.组合式体积热源的作用模型

根据激光 脉冲GMAW电弧复合热源焊焊缝横断面的形状特点,从宏观的传热过程出发,提出了4类新颖的、适用的组合式体积热源的作用模式.将电弧热、熔滴热焓和激光热能分别描述为双椭圆分布,双椭球体分布和峰值热流递增-曲面旋转体分布.将适用的组合式体积热源作用模式应用于复合焊的温度场数值分析,计算出了不同工艺条件下的复合焊焊缝形状尺寸,与实测结果进行了对比,两者吻合情况良好.所建立的4类组合式体积热源充分考虑了复合焊的工艺特点,对焊缝形状尺寸的数值模拟精度较高,能定量体现温度场的变化规律.     

用于铝合金焊接数值模拟的高斯热源参数确定

高斯热源模型适用于焊接电弧冲击力较小的温度场数值模拟,如何有效确定高斯热源半径参数对于保证焊接模拟计算精度至关重要。在分析焊接瞬态温度场控制方程及边界条件的基础上,建立了2024铝合金焊接温度场有限元数值分析模型,选用高斯移动热源进行加载,计算与分析了高斯热源电弧有效加热半径对焊接温度场计算结果的影响,与红外线热成像仪实验得到的温度场结果进行对比并修正热源模型参数,确定了2024铝合金在给定焊接参数下的高斯热源有效加热半径值,为进一步准确、有效地研究焊接温度场、应力场分布规律提供参考数据。     

基于Deform-3D单粒磨削温度场仿真研究

单颗磨粒切削研究是认识复杂磨削作用的重要手段。基于Deform-3D有限元仿真软件,针对齿轮加工常用的45钢,在工件材料J-C本构模型基础上简化锥形磨粒,分别使用CBN、白刚玉两种不同材质磨料,获得相应的仿真磨削温度场。仿真结果显示:不同材质磨粒点磨削温度差异明显,最高温度接近工件材料熔点温度,磨削温度随着深度增加而增加,随速度增加变化不大。     

埋弧平板堆焊温度场的三维动态模拟

埋弧平板焊接过程中,对温度场分布的实时检测是掌握焊接质量的有效逢径.采用有限元分析法,建立了埋弧平板堆焊温度场有限元计算模型,利用ANSYS软件的APDL语言编写程序,实现在移动热源载荷下的有限元计算,计算得到了不同时刻的埋弧平板堆焊温度场分布情况以及不同点的热循环曲线.通过试验验证,得出仿真结果与试验结果比较吻合,表明建立的温度场有限元计算模型适用于平板埋弧焊过程温度场动态计算与分析.     

激光透射焊接聚碳酸酯温度场模拟与分析

以聚碳酸酯(PC)为研究对象,利用ANSYS的APDL语言构建了三维瞬态有限元模型,分别采用体热源模型和面热源模型研究了不同功率下的焊接温度场,得到了三维温度场分布,并将模拟结果进行对比。结果表明,面热源下温度场在两试件中呈对称分布,最高温度位置在焊缝中心;体热源时吸收试件热影响区大于透过试件的,最高温度位置在焊缝下方吸收试件中。应用半导体激光器进行了透射焊接试验,对试验结果和仿真模拟结果进行了对比与分析,体热源模型得到的焊缝热影响区形貌与试验热影响区形貌较为接近。并且采用体热源加载方式对w(炭黑)0.1%和w(炭黑)0.15%的温度场进行了研究,得出炭黑含量对焊缝形貌和最高温度以及其位置都有影响。