機械零件熱變形機理及其仿真研究.pdf

1、隨著機械裝備制造業(yè)對高精度需求的日益增長，熱影響逐漸成為制約精度提升的關(guān)鍵因素。對機械零件熱變形基礎(chǔ)理論與應(yīng)用技術(shù)的深入研究有利于最大程度地減小溫度的影響，具有重要的科研與工程應(yīng)用價值。本文在國家自然科學(xué)基金項目“機械復(fù)雜形體熱魯棒性基礎(chǔ)理論研究”(項目編號:51175142)和國家自然科學(xué)基金重大項目“功能形面結(jié)構(gòu)與性能的耦合建模與影響機理研究”（項目編號:51490660/51490661）的支持下，針對機械零件熱變形的機理和精確仿

2、真進行了系統(tǒng)深入的研究，主要內(nèi)容包括:
　　(1)從機理上論證了機械形體熱變形非相似性特征的客觀存在性。機械形體熱變形非相似性研究長期局限于宏觀試驗驗證，而缺乏微觀層面的機理論證。論文采用分子靜力學(xué)理論與算法，對鋁材料正方體原子模型熱變形進行演化計算，論證了穩(wěn)定均勻溫度場中機械形體熱變形非相似性特征的客觀存在性和形成機理，完善了機械形體熱變形理論基礎(chǔ)。
　　(2)在宏觀機械形體熱變形仿真實現(xiàn)方面，課題組提出了基于“熱力轉(zhuǎn)換理

3、論”的精確熱變形仿真方法。針對目前熱變形仿真算法和CAE分析軟件中普遍忽略熱變形非相似性屬性、無法真實仿真出機械形體實際熱變形規(guī)律的缺陷，論文提出“熱力轉(zhuǎn)換理論”，將零件熱變形問題等效為力變形問題，并充分考慮了材料屬性、溫度以及形體邊界約束對熱變形的影響;給出了基于“熱力轉(zhuǎn)換理論”的熱變形仿真方法;針對一組鋁制空心圓柱體機械零件進行了熱變形仿真與測量實驗。仿真結(jié)果與實驗結(jié)果吻合較好，驗證了熱力轉(zhuǎn)換熱理論和仿真方法的合理性和有效性。