基于有限元ANSYS的浅孔钻仿真

论文摘要

随着有限元算法理论、计算机硬件和软件技术的进步和实际工业要求的提高,现代CAE技术的应用已逐步由以线性模拟为主向非线性模拟为主快速发展。非线性求解技术的先进性与稳健性已经成为衡量一个结构分析程序优劣的标准。浅孔钻的钻削仿真是一个非常复杂的过程,钻削仿真涉及到塑性,金属成型,摩擦,大转动等,与之相对应的计算过程中则相应的涉及到材料非线性,几何非线性,接触非线性,单元非线性等多种高级非线性的耦合计算,计算量相当的复杂,这便要求我们所采用的仿真软件具有高度的针对性和强大的平台支持,目前国内外对金属切削加工的数值仿真软件技术和手段比较多,包括AdvantEdgetmFEM,DEFORM,UG,ANSYS等有限元仿真软件,一般应用比较多的是专业化比较强的AdvantEdgetmFEM等软件,但是局限性也比较大,所以在做不同课题仿真的时候都要先去学习不同类软件的应用,增加了科研周期成本,而作为大型通用有限元分析软件ANSYS虽然前处理较复杂,但是它强大的通用程序能够模拟工程中各种复杂的情况,而且可以应用于各种仿真领域,金属切削也不例外,缩减了项目前期熟悉各种专业性仿真软件的时间开支。鉴于浅孔钻钻削仿真在ANSYS仿真领域的空白,本文首当其冲,应用ANSYS的ANSYS Mechanical模块对浅孔钻钻削的ANSYS有限元分析的技术应用进行探索。ANSYS Mechanical的非线性在三个方面具有独特优势:先进的非线性单元、广泛的非线性材料模式和稳健的接触分析。本文通过ANSYS Mechanical对浅孔钻的非稳态加工进行了瞬态结构动力学仿真,并给出了浅孔钻稳态加工瞬态结构动力学仿真的方案,通过分析过程得出浅孔钻钻削过程中产生的应力,应变分布和受力情况,进而提出浅孔钻的结构优化和改进方案。从而避免了实际加工试验中大量物力和人力资源的耗费,并能得到实际加工试验所不能得到的试验数据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 可转位浅孔钻简介
• 1.1.1 浅孔钻产生的背景
• 1.1.2 浅孔钻的结构形式与用途
• 1.2 有限元方法在工程中的应用
• 1.2.1 有限元法的基本思想
• 1.2.2 有限元法的特点
• 1.3 课题的来源
• 1.4 本课题研究的目的和意义
• 1.5 主要研究内容、途径及技术路线
• 2 可转位浅孔钻模型的建立
• 2.1 SolidWorks 简介
• 2.2 可转位浅孔钻几何模型的建立
• 2.3 可转位潜孔钻 SolidWorks 三维模型的建立
• 2.3.1 可转位潜孔钻刀片WCUX050308 三维模型的建立
• 2.3.2 刀体的三维建模
• 2.3.3 可转位浅孔钻装配体的三维建模
• 3 基于有限元的可转位浅孔钻钻削理论分析
• 3.1 CAE 软件介绍
• 3.1.1 CAE 的应用
• 3.1.2 引入CAE 的优势
• 3.1.3 CAE 软件的种类
• 3.2 ANSYS 简介
• 3.2.1 ANSYS 的发展
• 3.2.2 ANSYS 的功能
• 3.3 浅孔钻钻削加工中基于有限元的理论支持
• 3.3.1 材料非线性-塑性
• 3.3.2 几何非线性
• 3.3.3 接触非线性
• 3.4 浅孔钻钻削仿真的有限元数学模型
• 3.4.1 三维实体单元的刚度矩阵
• 3.4.2 三维实体单元的载荷矩阵
• 3.4.3 浅孔钻和工件实体单元的位移函数
• 3.4.4 屈服准则
• 3.5 有限元分析的基本步骤
• 4 浅孔钻的ANSYS 有限元钻削仿真
• 4.1 前处理阶段
• 4.1.1 输入Parasolid 实体集合
• 4.1.2 对输入模型进行修改
• 4.1.3 定义单元类型
• 4.1.4 定义材料性能参数
• 4.1.5 划分网格
• 4.1.6 建立接触
• 4.1.7 设置边界条件
• 4.2 求解阶段
• 4.3 后处理阶段
• 4.3.1 后处理简介
• 4.3.2 将数据结果读入数据库
• 5. 可转位浅孔钻结构优化
• 5.1 两种不同结构可转位浅孔钻实验结果对比
• 5.2 可转位浅孔钻结构优化
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录A 最小势能原理
• 附录B 接触刚度
• 附录C 边界条件
• 攻读硕士学位期间学术论文及科研情况
• 致谢