一种三维连续切削有限元分析方法、装置及电子设备制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种三维连续切削有限元分析方法、装置及电子设备，包括：获取实际工件的几何参数和实际刀具的刀具参数；根据所述刀具参数和所述几何参数进行装配，得到耦合欧拉

【技术实现步骤摘要】
一种三维连续切削有限元分析方法、装置及电子设备


[0001]本专利技术涉及机械加工
，尤其涉及一种三维连续切削有限元分析方法、装置及电子设备。

技术介绍

[0002]在机械加工领域中，金属切削扮演着重要角色。金属切削是金属零件或部件成型的主要操作步骤之一。金属切削是一种材料大变形、高应变和高应变率以及高温高压的一个过程，这过程中存在非常复杂的力热耦合机制，对已加工表面性能影响巨大。在切削之前需要确定合理的加工参数、刀具几何形状和切削环境等来优化切削性能，改善切削过程中的切削力、切削热、切削后的已加工表面的残余应力以及表面粗糙度等指标来获得较优的表面质量。
[0003]然而，确定合理加工参数的传统方法是通过大量的重复实验来对金属材料进行试切，其设备成本高，实验周期长，效率缓慢，同时实验存在非常多不可避免的因素从而导致测试结果与实际结果偏差很大。通过建立切削过程中的解析模型可以更加快速方便的得到较优加工参数，但建模复杂，且建模时需要大量假设以及求解困难，导致分析过程与实际的切削加工相偏离。利用有限元的方法能够很好的避免上述所遇到的问题。
[0004]连续切削在机械加工过程中必然被涉及，通过有限元方法来研究不同切削次数之间的相互关系。而现有技术中，连续切削有限元研究方法大都仅限于二维模型，不能更直观的模拟实际工况。少数研究三维连续切削的传统方法也只是在将二维模型拉伸至一定宽度来进行正交切削，这其实与二维的有限元仿真没有太大的区别，也难以与实际的切削加工相对应。除此之外，一方面，传统的二维和三维连续切削有限元仿真网格绘制较大，降低了仿真预测结果的精度；另一方面，现有的连续切削有限元仿真是将前一次切削的结果导入下一次切削模型中，然后再进行模拟切削，这样操作繁琐，工作量大，且未考虑前一次切削后对工件表面状态的影响等而不满足实际加工过程，同时在仿真过程中非常容易出现网格畸变而中断程序。因此，如何高效地建立三维连续切削仿真模型是亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，有必要提供及一种三维连续切削有限元分析方法、装置及电子设备，用以克服现有技术中难以高效地建立三维连续切削仿真模型的问题。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种三维连续切削有限元分析方法，包括：
[0007]获取实际工件的几何参数和实际刀具的刀具参数；
[0008]根据所述刀具参数和所述几何参数进行装配，得到耦合欧拉
‑
拉格朗日模型，并针对不同区域进行网格划分，生成三维连续切削的有限元网格模型；
[0009]根据实际工件和实际刀具的材料参数，建立材料模型；
[0010]针对所述有限元网格模型的不同区域，结合所述材料模型，设置不同的模型参数进行切削仿真，并提取仿真的切削数据。
[0011]进一步地，所述根据所述刀具参数和所述几何参数进行装配，得到耦合欧拉
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拉格朗日模型，包括：
[0012]根据所述刀具参数，建立实际刀具的拉格朗日模型；
[0013]根据所述几何参数，建立实际工件的欧拉模型；
[0014]根据所述拉格朗日模型和所述欧拉模型进行装配，确定所述耦合欧拉
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拉格朗日模型。
[0015]进一步地，所述并针对不同区域进行网格划分，生成三维连续切削的有限元网格模型，包括：
[0016]针对刀具部分的网格，对不同的刀具区域，设置不同的网格尺寸，并对应设置网格单元形状、网格单元类型，确定刀具部分的网格模型；
[0017]针对欧拉区域的网格，对接触区域、空区域以及其余部分区域，设置不同的网格尺寸，并对应设置网格单元形状、网格单元类型，确定欧拉区域的网格模型；
[0018]根据所述刀具部分的网格模型和所述欧拉区域的网格模型，确定三维连续切削的所述有限元网格模型。
[0019]进一步地，所述材料参数包括本构模型参数、损伤参数、第一属性参数和第二属性参数，所述根据实际工件和实际刀具的材料参数，建立材料模型，包括：
[0020]根据实际工件的工件材料的所述本构模型参数，构建材料本构模型；
[0021]根据实际工件的工件材料的所述损伤参数，构建损伤模型；
[0022]根据实际工件的工件材料的所述第一属性参数和实际刀具的刀具材料的所述第二属性参数，赋予实际工件和实际刀具建模时的材料属性；
[0023]根据所述材料本构模型、所述损伤模型和所述材料属性，构建所述材料模型。
[0024]进一步地，所述针对所述有限元网格模型的不同区域，设置不同的模型参数进行切削仿真，并提取仿真的切削数据，包括：
[0025]通过速度，限定所述有限元网格模型的边界条件；
[0026]通过切削过程，赋予所述有限元网格模型的切削参数；
[0027]完成切削仿真后，提取仿真的切削数据。
[0028]进一步地，所述通过速度，限定所述有限元网格模型的边界条件，包括：
[0029]在切削底端和环向边界处，设置速度边界为预设常数，以限定边界处材料不流动；
[0030]在刀具区域的顶端中心设置参考点，并将参考点与刀具部分的网格进行耦合，同时设置为刚体；
[0031]在刀具区域和欧拉区域设置温度载荷，并给定初始温度。
[0032]进一步地，所述通过切削过程，赋予所述有限元网格模型的切削参数，包括：
[0033]通过切削过程，设置切削深度、进给参数以及切削速度，并赋值给所述有限元网格模型；
[0034]在每一次切削结束后，设置退刀动作；
[0035]采用库仑摩擦模型，设置所述有限元网格模型的接触部分，并赋予相应的摩擦系数。
[0036]进一步地，所述完成切削仿真后，提取仿真的切削数据，包括：
[0037]在每一次切削结束后，提取切屑形态、切削力以及残余应力，并绘制出三维连续切
削不同切削次数随时间的分布规律图；
[0038]在仿真结束后，提取沿进给方向上的残余应力分布。
[0039]本专利技术还提供了一种三维连续切削有限元分析装置，包括：
[0040]获取单元，用于获取实际工件的几何参数和实际刀具的刀具参数；
[0041]处理单元，用于根据所述刀具参数和所述几何参数进行装配，得到耦合欧拉
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拉格朗日模型，并针对不同区域进行网格划分，生成三维连续切削的有限元网格模型；还用于根据实际工件和实际刀具的材料参数，建立材料模型
[0042]仿真分析单元，用于针对所述有限元网格模型的不同区域，设置不同的模型参数进行切削仿真，并提取仿真的切削数据。
[0043]本专利技术还提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时，实现如上所述的三维连续切削有限元分析方法。
[0044]与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：首先，对实际工件的几何参数和实际刀具的刀具参数进行有效获取；然后，根据刀具参本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维连续切削有限元分析方法，其特征在于，包括：获取实际工件的几何参数和实际刀具的刀具参数；根据所述刀具参数和所述几何参数进行装配，得到耦合欧拉
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拉格朗日模型，并针对不同区域进行网格划分，生成三维连续切削的有限元网格模型；根据实际工件和实际刀具的材料参数，建立材料模型；针对所述有限元网格模型的不同区域，结合所述材料模型，设置不同的模型参数进行切削仿真，并提取仿真的切削数据。2.根据权利要求1所述的三维连续切削有限元分析方法，其特征在于，所述根据所述刀具参数和所述几何参数进行装配，得到耦合欧拉
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拉格朗日模型，包括：根据所述刀具参数，建立实际刀具的拉格朗日模型；根据所述几何参数，建立实际工件的欧拉模型；根据所述拉格朗日模型和所述欧拉模型进行装配，确定所述耦合欧拉
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拉格朗日模型。3.根据权利要求1所述的三维连续切削有限元分析方法，其特征在于，所述并针对不同区域进行网格划分，生成三维连续切削的有限元网格模型，包括：针对刀具部分的网格，对不同的刀具区域，设置不同的网格尺寸，并对应设置网格单元形状、网格单元类型，确定刀具部分的网格模型；针对欧拉区域的网格，对接触区域、空区域以及其余部分区域，设置不同的网格尺寸，并对应设置网格单元形状、网格单元类型，确定欧拉区域的网格模型；根据所述刀具部分的网格模型和所述欧拉区域的网格模型，确定三维连续切削的所述有限元网格模型。4.根据权利要求1所述的三维连续切削有限元分析方法，其特征在于，所述材料参数包括本构模型参数、损伤参数、第一属性参数和第二属性参数，所述根据实际工件和实际刀具的材料参数，建立材料模型，包括：根据实际工件的工件材料的所述本构模型参数，构建材料本构模型；根据实际工件的工件材料的所述损伤参数，构建损伤模型；根据实际工件的工件材料的所述第一属性参数和实际刀具的刀具材料的所述第二属性参数，赋予实际工件和实际刀具建模时的材料属性；根据所述材料本构模型、所述损伤模型和所述材料属性，构建所述材料模型。5.根据权利要求1所述的三维连续切削有限元...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄可佳，周胜强，李明，高金强，姚新，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：