铝合金攻丝过程的三维有限元仿真分析开题报告

 2021-08-08 01:08

1. 研究目的与意义

由于有限元仿真技术可对切削加工过程进行定量分析和研究,而传统的解析方法和实验方法却难以做到,采用有限元法来模拟切削过程还可以从模拟结果中得出许多实验难以得到的材料力学特性和物理特性,如:加工工件表面和切屑的温度场分布、应力分布、应变分布和残余应力分布等。

本课题是以铝合金攻丝过程的仿真分析为例,来使用有限元方法对攻丝过程中切削力和切屑形态进行分析与仿真。

本课题是为了研究塑性材料切削及微切削过程有限元仿真的理论及方法,加深学生对刀具、工件材料以及切削过程的理解,培养学生掌握基本的有限元理论知识和有限元软件的使用,以拓宽学生的知识面和提升学生的专业技能。

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2. 国内外研究现状分析

近年来随着计算机技术的普及和计算机速度的不断提高,有限元分析在工程设计和分析中得到了越来越广泛的重视,已经成为解决复杂的工程分析计算问题的有效途径, 国外众多学者使用有限元仿真分析的方式进行塑性材料切削过程的研究。

例如,Schmidt等用有限元法对高速切削下刀具磨损进行预测,通过商业有限元软件ABAQUS对连续性切屑形成过程建模,从切屑形成初期阶段、切屑生长到切屑形成三个阶段来模拟连续型切屑形成过程,通过热传导分析得出稳态刀具的温度分布。

近年来随着有限元仿真的不断发展与应用,国内对于有限元仿真技术也得到了不断进步,总体来说,虽然国内对于有限元技术发展较快,但是与国外研究者相比,有限元仿真技术水平还比较低,还有很大的发展空间。

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3. 研究的基本内容与计划

本课题对学生所学知识和技能的要求如下: (1)有限元基本理论及Third Wave软件的使用; (2)刀具各项几何参数的概念; (3)刀具材料的选择及特点; (4)铝合金的特点; (5)攻丝的工艺特点。

研究计划:第1周至第2周(2.20~~3.5) 熟悉任务,收集资料,了解任务书和撰写开题报告。

第3周至第6周(3.6~~4.2) 熟悉有限元软件(Third Wave), 着手为建模准备,通过查阅资料了解铝合金材料的特点,切削过程的特点,选择刀具材料,定义刀具各项几何参数。

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4. 研究创新点

(1)采用有限元软件Third Wave进行温度场的仿真分析; (2)对有限元模型进行实际的计算,并得到关于应力、应变、温度场分布等具体结果; (3)可以观察到铝合金切削仿真下切屑的形成过程。

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