基于有限元方法的鈦合金螺旋銑過程溫度場建模研究.pdf

1、基于有限元方法的鈦合金螺旋銑過程溫度場建模研究TheModelingofTemperatureFieldinHelicalMillingTiAlloyBasedonFEM學(xué)科專業(yè):計(jì)算數(shù)學(xué)研究生:魏敏指導(dǎo)教師:秦旭達(dá)副教授宋占杰教授天津大學(xué)理學(xué)院二零一三年五月中文摘要隨著鈦合金、復(fù)合材料等難加工材料在各種航天器零部件中的用量大幅度增加，作為新型制孔技術(shù)的螺旋銑工藝的使用也越來越廣泛。由于切削過程中幾乎所有的做功全部轉(zhuǎn)化成熱量，使得切削區(qū)

2、溫度急劇增加，這會加速刀具磨損的程度、降低加工孔的質(zhì)量，因此有必要對鈦合金螺旋銑孔過程切削熱進(jìn)行系統(tǒng)研究。本文主要針對鈦合金螺旋銑孔過程中切削區(qū)的溫度場進(jìn)行三維有限元仿真，主要研究內(nèi)容如下：基于傳熱學(xué)的基本理論和螺旋銑孔工藝的原理，介紹了切削過程熱量產(chǎn)生機(jī)理，理論分析了鈦合金螺旋銑孔過程中的熱量產(chǎn)生，研究了切削區(qū)溫度場的分布，得到了鈦合金螺旋銑孔的熱傳導(dǎo)微分方程表達(dá)式。理論證明了有限元方法的基本原理變分原理，詳細(xì)介紹了Galerkin方

3、法的原理與過程：針對三角形區(qū)域剖分給出一種更簡便的編號方法；在數(shù)值積分的求解中，利用二維中點(diǎn)法則及相關(guān)命題，結(jié)合三角形重心的性質(zhì)，使計(jì)算過程得到簡化；利用有限元方程系數(shù)矩陣的對稱正定性，采用預(yù)處理共軛梯度法求解有限元方程，減少了求解時(shí)間并提高了精度。分別在干切削和微量潤滑(MQL)條件下，使用熱電偶法測量鈦合金螺旋銑中的工件溫度。利用有限元方法對鈦合金的螺旋銑孔切削區(qū)溫度場進(jìn)行仿真，得出工件上的溫度分布圖。將實(shí)驗(yàn)測量結(jié)果與有限元仿真結(jié)果