基于有限元仿真的金属材料磨削温度的研究开题报告.doc

湖南师范大学研究生毕业（学位）论文开题报告 姓 名 邓卫军 学　号 201018920072 学位级别 工学硕士 所属学院 工学院 专 业 电路与系统 指导教师 朱瑞林（教授） 开题时间 2012年9月 研究方向 磨削温度研究 论文题目 基于有限元仿真的金属材料磨削温度的研究 一、文献综述 在仿真磨削温度场的研究中，有限元法应用较为广泛。有限元分析是借助计算机对各种结构和场进行近似计算的方法。在磨削温度场的研究中，由于整个工件均满足热传导方程，因此可以把空间域离散化分成有限个单元；对每个单元求解，可得到有限个热传导方程式；对这些数学方程式求解就可得到所需的温度场分布。运用有限元法对磨削温度场进行分析，可综合考虑各种困素对温度场的影响，由此得出的温度场分布与实际状况较为吻合。 磨削金属材料时一般用半人工热电偶测温法，该法是目前唯一能够进入磨削区测量温度的方法，具有试件结构简单等优点。 利用热电偶对磨削温度进行测量是学者们研究磨削温度场的常用手段。A．Lefebvrea和EVieville针对这一点，对工件磨削区埋入了半人工热电偶的工件进行了仿真。研究利用有限元软件，采用Jaeger提出的三角形热源，以康铜丝为热电偶、45号钢为例对埋入了半人工热电偶的工件进行磨削时的温度场进行了2维仿真，仿真重点考虑了热电偶与工件连接点厚度的影响。仿真结果表明厚度过小的康铜金属薄片不能保证测量的精确性，在对最高温度的测量中系统误差受磨削条件和连接点厚度的影响。 （本表可附页） 二、选题背景及意义 磨削加工实质上是一种由大量无规则的离散分布在砂轮工作面上的磨粒所完成的划擦、耕犁和切削作用的随机综合，磨削厚度一般多在微米数量级，磨削速度高。但是目前在实际生产中，磨削的砂轮线速度仍然在普通磨削区域，即30~60 m/s。实际磨削中，如此小的磨削厚度使得比磨削能很高并产生大量的热。大部分磨削热将进入工件，导致工件的磨削温度升高，而过高的磨削温度会引起被磨零件表层金相组织发生变化，甚至出现磨削烧伤和磨削裂纹。为了控制和防止磨削高温和烧伤，必须对磨削温度进行深入研究。因此，研究磨削温度来探索解决产生磨削缺陷的热机理以及寻求控制磨削工件质量的方法将具有重要的现实意义。 随着计算机性能的日益提高，仿真技术在工业中的应用越来越广泛，给磨削温度场的研究带来了新思路。计算机仿真技术是以多种学科理论为基础，以计算机及其相应的软件如有限元软件为工具，通过虚拟实验的方法来分析和解决问题。研究中，计算机运行真实系统或预研系统的有限元仿真模型，通过对计算机输入信息的分析与研究，实现对实际系统运行状态和演化规律的综合评估与预测。在磨削温度场的研究中运用有限元计算机仿真技术，可以直观地描述工件中磨削温度场的分布规律，并能够容易地得出不同磨削参数下的磨削温度场的变化，从而指导磨削实验和理论研究，促进磨削加工研究的进步。 砂轮磨削区温度由于与可能出现的烧伤、裂纹等磨削缺陷密切相关，是我们最感兴趣的磨削温度。磨削加工的复杂性使磨削研究还很大程度上依赖磨削实验，而测试该磨削温度一般使用热电偶法。金属材料常用的磨削温度测量方法为半人工热电偶测温法。此种测温方法是一种传统的方法，也是到目前为止唯一能够进入磨削区测温的方法。 许多研究者用该方法来测量了常用金属材料的磨削温度。但是磨削液的导电性对测量系统的不利影响等问题没有解决；还有许多特殊金属材料（例如灰铸铁）的磨削温度没有测试。 所以，基于有限元仿真的金属材料磨削温度的研究意义重大。 （本表可附页） 三、研究的主要内容 阐述磨削温度场理论与实验研究的国内外现状。 总结磨削区三种磨削热分配比的理论计算模型和磨削温度分布的两种理论磨削热源模型，根据不同磨削热源模型计算出磨削区的无量纲磨削温度分布，对无量纲磨削温度分布进行比对分析。 在有限元的理论基础上推导了磨削温度场的数学模型，探讨有限元仿真分析中相关参数的确定。 利用有限元ANSYS 的APDL语言进行建模和编程，对移动热源条件下的磨削金属材料的磨削温度场进行有限元数值模拟分析。探讨磨削参数对磨削温度场的影响。 在高速平面磨床上测量磨削力和磨削区温度，用改进的半人工热电偶方法测量出灰铸铁、M50钢、38MnSiVs6钢三种特殊金属材料在不同磨削深度下的磨削区最高温度。并且将磨削温度的实验结果与有限元仿真结果进行比较。 （本表可附页） 四、工作的重点与难点，拟采取的解决方案 1、结合APDL 语言，利用ANSYS有限元软件的各个处理模块建立有限元模型，来对磨削温度场进行有限元分析。重点在下面两个部分： （1）前处理。首先需要建立工件的有限元模型，有限元模型可利用ANSYS直接创建。单元类型的选择，根据研究要求，工件磨削温度分析体单元取六面体八节点热分析三维单元S