脆性材料车削过程的有限元仿真分析开题报告

全文总字数：1236字

1. 研究目的与意义

采用有限元法来模拟切削过程不但克服了传统的实验方法的费时、费用昂贵的缺点，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。本课题是以典型的脆性材料精密车削过程的温度场仿真为例，来使用有限元方法对切削过程的工件材料表面、刀具表面以及切屑的温度场进行分析与仿真。本课题是为了研究脆性材料精密及超精密切削过程有限元仿真的理论及方法，加深对刀具、工件材料以及切削过程的理解，掌握基本的有限元理论知识和有限元软件的使用，以拓宽知识面和提升专业技能。

2. 国内外研究现状分析

随着科学技术的飞速发展,脆性材料在现代诸多高技术行业领域，特别是在光学、航天、航空及电子科学领域中具有十分重要的作用,而且通常对工件的表面温度和加工精度有比较高的要求。近些年来，国外众多学者使用有限元仿真分析的方式进行脆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，例如2003年，宋金玲等通过计算机模拟金属切削连续稳态成屑过程，以三角形元素进行有限元网格划分，采用Von-Mises屈服判据和Prandtl-Reuss流动定律，对工件切屑进行弹塑性变形及受力分析。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。

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）有限元基本理论及其软件使用；（2）脆性材料加工刀具各项几何参数的概念；（3）脆性材料加工刀具材料的选择及特点；（4）脆性材料的力学性能；（5）脆性材料切削的特点。研究计划：第1周-第2周(2.21~3.6)熟悉任务，收集资料，了解任务书和撰写开题报告。第3周-第6周(3.7~4.3)熟悉有限元软件（ABAQUS），着手为建模准备，通过查阅资料了解脆性材料的特点，切削过程的特点，选择刀具材料，定义刀具各项几何参数。为中期检查做准备。第7周-第9周(4.4~4.24)对脆性切削过程的有限元模型进行实际的计算，并得到具体结果，将这些结果进行分析比较。第10周-第14周(4.25~5.29)撰写毕业论文，准备答辩材料。第15周或第16周(5.30~~6.12)毕业设计答辩。

4. 研究创新点

（1）采用有限元软件ABAQUS进行温度场的仿真分析；（2）脆性材料的材料本构模型为Johnson-Cook剪切失效模型，简述其作用机理；（3）脆性材料切削过程的切削力曲线、切屑的形成及形态、温度场分布等仿真结果，并对典型脆性材料切削过程中的不同物理现象做理论分析。