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文檔簡介
1、傳統(tǒng)切削加工不考慮切削加工的物理過程,認為刀具運動的包絡面就是加工后零件的最終幾何形狀。而實際切削加工是一個復雜的物理過程,加工過程中工件內部的應力場、溫度場、金屬塑性流動和相變等都會影響零件的最終幾何形狀。此類由于加工過程中物理效應產生的加工后零件幾何形狀和刀具運動包絡面的偏差稱為加工變形。加工變形產生的原因包括加工過程中表面殘余應力的生成、基底殘余應力的釋放、切削力、切削熱、切削過程中工件的剛度改變、裝夾方式和夾緊力等等。近年來,隨
2、著大尺度曲面零件和薄壁件在船舶海洋、航空航天領域的廣泛應用,加工變形現(xiàn)象逐漸得到重視。對于海洋平臺上動力定位系統(tǒng)中的大尺度調距槳零件而言,表面加工殘余應力的生成和基底殘余應力的釋放是其加工變形的重要原因之一。對此類變形的建模和分析是控制此類變形的基礎。為此,本文對調距槳零件等大尺度曲面類零件的殘余應力相關加工變形的建模和仿真方法進行了研究,主要工作如下:
對表面加工殘余應力引起的加工變形的仿真方法進行了研究。針對國際上現(xiàn)有方法
3、占用計算資源多,運行效率低,無法滿足大尺度調距槳零件加工變形計算需要的缺點,提出了一種表面加工殘余應力引起加工變形的新預測方法。通過推導含有殘余應力的彈性體變形的基本微分方程,提出了等效變形力的概念,將殘余應力場作用下的復雜變形轉化為等效力作用下的彈性變形,建立了大尺度曲面零件變形預測的有效數(shù)值計算方法,并證明了殘余應力的變形效應的等價。采用張量方法和微分幾何知識對復雜曲面零件的表面加工殘余應力場進行了建模分析,建立了等效面力和邊力的計
4、算方法。該計算方法可以利用CAD模型中的加工表面幾何信息,完成等效變形力的計算。
采用C#語言和UG/Open API接口開發(fā)了表面加工殘余應力引起加工變形的專用計算插件軟件SPDCT(Surface Processing Distortion Calculation Tool)。該軟件可以利用工件CAD模型中的加工表面幾何信息,完成等效面力和邊力的計算,并將其施加到Abaqus的INP模型文件,利用Abaqus軟件的功能完成
5、后續(xù)變形分析。利用SPDCT插件軟件,完成了平面和曲面工件的加工變形預測。其中平面工件的預測過程說明E.Brinksmeier的源應力法可以看成新預測方法在加工表面為平面并且表面加工殘余應力均勻分布情況下的特例。在曲面工件的仿真分析中,新預測方法使用映射法1/58的節(jié)點和1/65的單元就完成了同樣的變形預測任務,不僅節(jié)省了計算資源,而且使更大尺度曲面零件的變形預測成為了可能。
采用文中所提出的表面加工殘余應力引起加工變形的新預
6、測方法,實現(xiàn)了大尺度調距槳零件的表面噴丸變形預測,并進行了實驗驗證。采用基于源應力法的殘余應力標定方法標定了實驗用大型噴丸機在鎳鋁青銅材料表面產生的加工殘余應力場。利用槳葉CAD模型中的幾何信息和標定出的殘余應力場,對大尺度調距槳零件的加工變形進行了預測。通過對比分析預測結果和實驗數(shù)據(jù),對新方法的有效性進行了驗證。
對基底殘余應力(毛坯殘余應力)釋放引起的加工變形的預測方法進行了研究。提出了一種殘余應力釋放引起加工變形的新預測
7、方法。新方法將殘余應力釋放和再平衡引起的復雜變形等效成等效變形力作用下的簡單彈性變形。開發(fā)了Abaqus軟件的插件軟件對新方法進行了實現(xiàn)。相比于原有方法,新方法只需加工表面處的殘余應力場二維分布即可完成運算,降低了毛坯基底殘余應力場測量和建模的難度。
采用文中所提出的基底殘余應力釋放引起加工變形的新預測方法,完成了典型零件的殘余應力釋放相關加工變形預測。利用裂紋柔度法和輪廓法兩種方法對毛坯基底殘余應力場進行了建模。利用毛坯殘余
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