本文關(guān)鍵詞：基于SPH法的硬脆材料超聲振動三維螺線磨削機理仿真研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《北京理工大學(xué)》 2015年

基于SPH法的硬脆材料超聲振動三維螺線磨削機理仿真研究

米召陽  

【摘要】：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，新型先進材料，尤其是硬脆性材料不斷涌現(xiàn)，對傳統(tǒng)的加工制造技術(shù)提出的新挑戰(zhàn)。這些新型先進材料脆性往往很大，加工過程中會在工件表面/亞表面形成微裂紋，從而影響工件的使用性能。超精密高效磨削加工是有效的加工方法之一，為了提高加工效率、提高被加工件表面質(zhì)量，磨削通常用在零件加工的最后一道工序。傳統(tǒng)磨削過程中會產(chǎn)生大量的磨削熱及較大的磨削力，從而引起工件表面/亞表面損傷、降低被加工件的使用性能、降低砂輪壽命等問題。相關(guān)研究證實，超聲振動三維螺線磨削技術(shù)是解決這一加工難題行之有效的方法，其既能夠有效提高被加工工件的表面質(zhì)量，又能夠有效的降低磨削過程中的磨削力，，是傳統(tǒng)單向超聲振動磨削技術(shù)的升級，然而，超聲振動三維螺線磨削材料的去除機理至今尚不明確，仍需對其進行深入的研究。在本研究中，綜合運用幾何運動學(xué)、金屬切削理論、材料斷裂理力學(xué)以及數(shù)值計算等學(xué)科知識，利用理論分析與數(shù)值仿真相結(jié)合的方法，對超聲振動三維螺線磨削機理展開深入研究，重點圍繞單顆磨粒的切削軌跡、切屑形成機制、被加工材料的應(yīng)力應(yīng)變、磨削力等方面進行分析，揭示了超聲振動三維螺線磨削的基本原理、材料去除規(guī)律及磨削應(yīng)力作用規(guī)律，為超聲振動三維螺線磨削技術(shù)的推廣應(yīng)用提供了理論基礎(chǔ)。本文開展的主要研究內(nèi)如下： 1.從垂直于工件表面的任意橢圓超聲振動輔助磨削加工的運動學(xué)一般性規(guī)律出發(fā)，分別建立了軸向超聲振動磨削、徑向超聲振動磨削以及超聲振動三維螺線磨削中單顆磨粒與工件的相對運動的軌跡方程，揭示了超聲振動三維螺線磨削提高加工表面質(zhì)量、降低磨削力的原因。 2.研究了基于硬脆性材料Johnson-Holmquis-Ceramics本構(gòu)模型的單顆磨粒超聲振動磨削二維與三維的光滑粒子流體動力學(xué)（SPH: Smoothed Particle Hydrodynamics）建模方法，并利用非線性動力學(xué)分析軟件ANSYS/LS-DYNA，實現(xiàn)了單顆磨粒超聲振動二維磨削與三維螺線磨削過程的SPH數(shù)值仿真過程。通過比較單顆磨粒超聲磨削AISI4340鋼的二維FEM仿真與SPH仿真結(jié)果，證明了SPH法在單顆磨粒超聲振動磨削仿真中具有顯著優(yōu)勢。 3.利用SPH法分別對硬脆性材料的單顆磨粒普通磨削、一維超聲振動磨削以及超聲振動三維螺線磨削過程進行仿真，并與相應(yīng)磨削方式下塑性材料的仿真結(jié)果進行比較分析。通過比較單顆磨粒磨削兩種材料時的應(yīng)力、應(yīng)變分布情況，揭示超聲振動三維螺線磨削硬脆性材料時的材料去除機制。 4.分析了普通磨削與超聲磨削過程中單顆磨粒未變形切屑厚度變化規(guī)律，建立了普通磨削、一維超聲振動磨削和超聲振動三維螺線磨削過程中單顆磨粒磨削力數(shù)學(xué)模型，從理論上揭示了在一維超聲振動磨削、超聲振動三維螺線磨削過程中磨削力減小機理。利用SPH法對單顆磨粒磨削SiC陶瓷的磨削力進行了仿真，并比較單顆磨粒的受力情況：一維超聲振動與超聲振動三維螺線磨削過程中，單顆磨粒的受力均比普通磨削過程中的磨粒受力要小，徑向超聲振動磨削中磨粒受力小于軸向超聲振動中的磨粒受力，超聲振動三維螺線磨削中的單顆磨粒受力介于軸向超聲磨削與徑向超聲磨削單顆磨粒受力之間，且在超聲振動三維螺線磨削中單顆磨粒受到的軸向的平均力不再為零，而在普通磨削與一維超聲磨削中，單顆磨粒受到的軸向平均力為零。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG580.6
【目錄】：

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