基于三维粗糙度的多向CFRP铣削加工刀具切入角度的优化方法研究

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced plastic,CFRP)因其优良的力学性能,被广泛应用于航空航天领域。CFRP的应用在保证飞机刚度强度的前提下,有效地提高了飞行性能,减轻了飞机重量,从而达到了节能减排的目的,提高了航空工业的经济效益。CFRP属于典型的难加工材料,为了保证结构件在多个方向具有一定的承载能力,航空发动机工业中一般采用CFRP多向铺层,这就使得材料的各向异性及不均匀性更为复杂。本文对CFRP单向层合板和两种CFRP多向层合板的铣削加工断裂机制进行了分析,发现CFRP铣削加工时,不同的纤维方向角对断裂机制有较大的影响从而导致了不同的表面质量。其中,弯曲断裂会导致表面质量急剧下降,应尽量避免,并且不同角度下的弯曲断裂的表面质量也具有一定差异。基于此,提出了多向CFRP铣削加工时的刀具切入角度优化方法,并通过试验验证了该方法的合理性,该方法可以有效提高某型号发动机的第一级复合材料风扇叶片的加工质量。

涡流排液采气的液滴动力学分析与螺旋角优化

井下涡流排液采气是一种新型排采技术,目前对于涡流排液采气井筒旋流场液相受力特性和运动规律的认识仍然不清楚。为此,根据两相流体动力学理论,对井筒旋流场中液滴的受力特性进行分析,得到了液滴沿轴向和径向的运动方程,并对Basset力、虚拟质量力、Magnus力、Saffman力和Stokes力等典型作用力进行了量级比较。同时,以液滴所受垂直向上合力最大为原则,推导了涡流工具最优螺旋角公式;在所建立的液滴受力模型基础上,全面分析了各项作用力的成因、特点和方向。结果表明:1经过量级比较,可以忽略影响较小的视质量力、Basset力和对流体积力;2与常规井筒流场相比,旋流场中液滴在垂向增加了向上的离心力分量,有利于液滴向上运移。进而采用实例分析验证了最优螺旋角公式的可靠性,并且发现:随着井深减小,气体携液能力增强、最优螺旋角增大。该研究成果对于现场井下涡流工具优化设计和涡流排液采气作业具有指导意义。

刀刃点跟踪CNC磨削法及其在圆锥球头立铣刀上的应用

结合刀具磨削的特殊性和计算机数值计算的优点．提出了一种适合于复杂形状刀具CNC磨削的数学模型──刀刃点跟踪CNC磨削法。该方法由于充分利用了刀具加工的特殊性．并且将空间解析几何、优化设计及数值计算等方法有机地结合在一起进行求解，不仅求解速度快，而且求解精度高。通过在计算机上的计算及磨削过程仿真表明，该数学模型可生成高精度的刀位（CL）数据．并可有效地应用于实际加工中。

新型超深井深穿透喷砂射孔工具研究与应用

现有喷砂射孔工具存在孔眼与储层接触面积不足、工具冲蚀严重、反射流影响喷射效果以及易砂卡等问题。为此,研发了新型超深井深穿透喷砂射孔工具。将喷枪材质35CrMo优化为碳化钨,硬度提高了25 HRC,增加了耐冲蚀能力。设计喷嘴与法线成5°角,避免了反射流干扰,增加了穿透深度。喷砂射孔后紧跟顶替液,冲高含砂液,顶替之后进行大排量反循环洗井,使含砂液处于流动状态,防止沉降,有效降低了砂卡概率。应用LS-DYNA流固耦合软件,对工具射流破岩进行了仿真验证,并经理论计算和多井次现场验证,优化了喷射流速、节流压差、摩阻、泵压和施工排量等关键参数。该工具在塔河油田成功应用,日产油从0.8 t提高到6.7 t。按照单喷嘴排量与喷射穿深的关系,预测穿深增加了30%,深穿透效果显著。新型超深井深穿透喷砂射孔工具提高了耐冲蚀能力和穿透深度,降低了砂卡概率,提高了采收率,应用效果显著。

缓面零件单点渐进成形刀具轨迹优化数值模拟

利用有限元软件ANSYS/workbench,以平缓曲面零件为例,模拟零件单点渐进成过程,研究了优化方法中增量角度Δθ对零件厚度、成形精度、等效应变等方面的影响,并与传统固定增量步长方法进行对比。结果表明:加工层数相同时,优化方法更有助于提高板厚,且零件壁厚随着增量角度Δθ的增加而增加;优化方法较明显的提高了零件底部成形精度,无论增量角度Δθ取值多少,零件底部都能充分成形,与实验结果相吻合;加工层数相同时,在相同区域优化方法导致的板料等效应变大于固定增量步长成形方法,Δθ越小应变越均匀,但两种方法最终的等效应变趋于一致。

五轴机床后处理旋转角求解及优选研究

通过五轴机床的运动学方程,可以逆解刀轴矢量与两个旋转轴转角的数学关系,在CAM软件后处理过程中,A、C的角度解可能存在多个取值。通过定义最短旋转圆路径,限制C轴的转动角度范围为[-180°,180°],以改进C轴的转角运动。仿真和实验证明,所提出的后置处理旋转角改进方法能够避免A-C轴转动角度的突变,使A、C轴旋转运动连续、平稳,避免发生过切与干涉,对于五轴机床的实际加工应用有非常明显的意义。

传动角最优的测井仪推靠系统优化设计

通过对微球聚焦测井仪推靠系统主传动机构的运动学、动力学和行程传动角分析。按照实际工况要求,建立了以工作行程内推靠系统主传动机构传动角与期望传动角均方根波动最小为目标的多变量优化设计数学模型。并通过实例计算,对比分析优化前后测井仪推靠系统主传动机构工作行程内传动角的曲线,结果证明,优化效果显著,优化结果改善了推靠系统主传动机构工作行程内的传动角,进一步改善了推靠系统的传动性能以及推靠系统的运动平稳性,以及推极板在机构运动到位但推靠力不足的问题,为测井结果的有效性提供了保障。

双摆头五轴龙门数控淬火机床后置处理算法研究

针对双摆头五轴龙门数控淬火机床对汽车覆盖件模具进行感应淬火的要求,采用UG8.0的加工模块生成所需淬火模具感应线圈的运动轨迹;推导了该淬火机床的后置处理算法,其中包括机床A、C旋转轴旋转角的优化选择策略及其算法。开发了基于VC++6.0的专用后置处理软件,并通过VERICUT7.0数控加工仿真系统对淬火加工过程进行了仿真,验证了后置处理算法的正确性以及实用性。

基于Matlab的可转位车刀切削部分优化

采用Matlab建立了可转位车刀切削部分优化计算的数学模型,并利用其优化工具箱进行优化,得到满足设计要求并使车刀前角值为最大的车刀刀片槽加工所需的几何参数。

15CrMo实体膨胀管最优锥角有限元分析

利用有限元分析软件,根据弹塑性有限元接触问题的相关理论建立了可膨胀管膨胀过程的力学模型。对壁厚6mm的ф108mm管进行膨胀过程的计算机模拟,着重研究在不同膨胀率下,膨胀锥角与锥体完成胀管所需的液压力的变化关系;确定不同膨胀率下所需的液压力最小的锥角值,即获得最优的锥角;研究了最优锥角下膨胀管的力学性能,通过参数优化设置,为现场应用提供理论依据。

基于切削建模的螺旋铣孔刀具角度优化

针对钛合金螺旋铣孔过程中的刀具角度优化问题,固定切削参数,通过一系列实验,得到了螺旋角和前角不同的刀具产生的轴向切削力.利用遗传算法,结合Matlab程序对实验数据建立切削力模型,分析了刀具螺旋角和前角对切削力的影响,并对角度参数进行了优化.

井筒两相涡流场液膜动力学分析与涡流工具优化

井下涡流排液采气的理论研究相对落后于现场应用,井筒两相涡流场中同时存在液膜流动和液滴流动,目前缺乏井筒涡流场液膜的动力学研究。为此,根据井筒涡流场液膜流动形态特性和受力特性,开展涡流场液膜动力学分析,得到液膜垂向受力平衡方程式。借鉴环状流液膜理论,计算摩阻系数和平均液膜厚度等特性参数。用涡流场液膜垂向合力公式对螺旋角求导,计算垂向合力最大时对应的涡流工具最优螺旋角。实例分析表明,液膜动力学分析得到的最优螺旋角结果与液滴动力学分析结果相对差值小于8%,与数值模拟结果相对差值小于4%,计算结果可靠,可以指导涡流工具结构优化。

模糊数学在刀具角度优化中的应用

在选择刀具角度过程中，应用模糊数学理论，建立模糊综合评价模型，综合考色影响刀具角度的诸多因素，并予以量化。实践证明，此方法具有思路独特、选择结果合理及易于实现电算等特点。

可转位镗刀刀片槽参数优化的数值方法

采用ANSYS的约束优化方法,建立了可转位镗刀刀片槽几何参数优化计算的数值模型,使用该模型可得到在给定切削条件下满足设计要求并使镗刀前角值为最大而主偏角值为最小的镗刀刀片槽加工所需的几何参数;最后给出了优化计算实例。

航空用钛合金TC4精密铣削参数优化

采用二次回归通用旋转组合方法设计实验。利用回归分析建立了铣削力预测模型,选出适合于钛合金TC4铣削的铣刀,刀具前角γ0=12.5°,螺旋角β=34.5°。以切削力F、表面粗糙度Ra和表面峰谷高度Pv最小为目标,利用优化设计软件优选出最佳的切削用量组合,最终达到提高加工效率和加工质量,降低成本的目的。

悬垂线夹金具力学性能试验工装优化

挂具的柔性钢缆在受力时发生的变形较大,导致悬垂角保持在1/2线夹出口角(α)内比较困难。过大的导线悬垂角会导致线夹受到超过设计要求的弯矩挤压,从而发生破坏,导致试验结果不能真实地反映线夹的力学性能。通过分析和计算得出悬垂线夹力学性能试验过程中的受力特点,并对试验工装进行优化设计,然后将新型试验工装与柔性和刚性工装进行对比试验。结果表明:新型试验工装能将α/2角控制在标准规定范围内,解决了标准规定的试验方法中难以将α/2角控制在规定范围内导致试验结果失真的问题,从而提高悬垂线夹力学性能试验过程的规范性和试验结果的准确性。

基于BIT图的高速加工轨迹优化的拐角估算

首先介绍了接触角定义,然后给出了BIT图的具体概念,并利用BIT图进行拐角轨迹的仿真。仿真结果表明,通过基于BIT图的加工轨迹的仿真能够方便地进行加工过程中的拐角估算,得到的估算值能够较好地满足轨迹优化研究的要求。

基于Fluent的角磨机CFD分析及结构优化

基于Fluent软件对某型号角磨机内部流场进行CFD分析,根据分析结果对轴承压盖与出风口进行结构优化并完成分析对比。结果表明,轴承压盖与出风口的结构优化可以有效增加角磨机的气体流量,降低整机流动阻力,提升主要发热元件表面流速,提高散热效率。

恒装置角模式井眼轨迹控制计算方法研究

在滑动钻进过程中,井眼轨迹具有井眼曲率和装置角基本保持不变的特征,但是使用空间圆弧模型计算出的装置角是逐渐变化的。为了解决这个理论与实际相矛盾的问题,提出了使用恒装置角曲线模型进行井眼轨迹控制方案设计的数学模型,并对求解方法进行了初步研究。建立了扭方位模型、点靶模式、线靶模式等三种实际问题中经常使用的轨迹控制方式的优化目标函数,使用序贯数论网格优化算法(SNTO)对一些算例进行了实际计算。结果表明,所建立的数学模型具有可行性,能够设计出合理的井眼轨迹控制方案,并且能够使用计算机软件编程来实现。本文的研究是初步的由于优化目标函数具有"狭长峡谷"特征,对数值优化算法的求解效率要求很高,这个问题需要进一步的深入研究。

一种减小“S”形试件理论切削误差的方法

"S"形试件用于综合检测多轴机床的加工精度,但是由于"S"形试件理论切削误差的存在,导致多轴机床的精度检测产生偏差,因此,提出了一种有效减小理论切削误差的方法。基于双三次均匀B样条曲面模型建立了"S"形试件模型,获得了扭曲角在所选择的三条测量线上的分布规律,同时分析了扭曲角对"S"形试件理论切削误差的影响。此外,通过分析传统单点偏置方法的不足,提出了一种优化的单点偏置方法。基于此方法和CAD/CAM软件生成了"S"形试件的刀具轨迹。最后,通过试验验证了该方法的可行性。试验结果表明,基于优化的单点偏置方法产生的"S"形试件平均理论切削误差比传统的单点偏置方法降低了50.1%。此外,基于优化的单点偏置方法产生的理论切削误差近似小于0.005mm,可以忽略不计。因此,所提出的方法可以有效地避免理论切削误差对多轴机床精度检测结果的干扰。该方法的核心思想可以直接应用到其他类型的检测试件。