Numerical Simulation and Analysis of Residual Stress in Machine Tool Bed Casting

A combined FDM/FEM software system was developed to analyze the temperature and stress distributions in castings. The FDM was used to calCulate the temperature distribution while the FEM was used for the stresssimulation. For practical application, a machine tool bed iron casting was selected and the high temperature mechanical properties of the cast iron were measured. The FDM/FEM simulation results of the temperature and stressdistributions of the solidification process of the casting using current production technology agreed well with the measured temperature and residual stress results. A modified production technology was then proposed. The numericalsimulation results showed that the temperature distribution of the modified production technology was more uniformand the distribution and value of residual stresses were more favorable to dimensional stability of the machine tool.

机械加工中有限元技术的计算精度优化研究

有限元模型技术被广泛应用于机械加工领域,其也是实现数字控制与现代加工的核心理论技术,得到了各领域研究者的广泛关注与深入探讨。基于有限元模型的计算仿真模拟技术能够大幅提升机械加工制造的精度,大量的机械加工零件实验也为有限元模型提供详细的数据参考。文中通过总结有限元分析技术的研究历史,分析归纳了当前有限元分析技术中精度优化的核心策略及其不足之处,展望了在机械加工过程中有限元分析技术的未来发展方向。

飞机铝合金结构件数控加工变形分析与控制

以飞机机翼翼肋铝合金结构件这一典型易变形的零件为例,研究数控加工变形情况及其影响因素,主要研究残余应力对加工变形的影响.采用理论建模、有限元分析和实验验证相结合的方法分析和对比数控加工中零件变形情况;分析了工件内残余应力分布,用有限元软件提供的热机耦合功能,以温度场模拟施加铝合金的残余应力分布;分析和模拟了去除材料对工件变形的影响;用经过改进的顺序静态单元生死方法进行切削过程的仿真和改进,并对仿真所得的零件变形量与实际加工测量结果进行了比较,验证了分析方法和所建立模型的有效性;最后提出了控制数控加工变形的解决方案.

机床床身铸件的数值模拟及残余应力研究

采用数值模拟软件JSCAST对精密车削加工中心HTC2050和精密卧式加工中心HMC50e灰铸铁床身铸件的充型、凝固过程、温度场、应力及变形进行模拟分析;采用盲孔法测量不同打箱温度下的灰铸铁床身铸件和粗加工前后的球铁滑枕箱体铸件的残余应力。结果表明:铸件下箱床身凝固慢,导致床身容易产生残余应力,且横导轨的应力比竖导轨大;导轨及节点处有缩松缺陷,易引起收缩应力;床身在长度方向的变形量比宽度和高度方向的变形量大;灰铸铁件的残余应力比球墨铸铁件大,较低的打箱温度有利于减小残余应力,粗加工后残余应力明显增大。

大型机床床身铸造凝固过程残余应力分析

借助有限元分析软件ANSYS,对大型机床床身的铸造凝固过程进行了数值模拟,得到铸造凝固过程中不同时刻的温度场、应力场和变形状态。模拟结果中铸件最终变形数值与实际生产中铸件最终变形基本一致;最大残余应力分布位置与实际生产中铸件出现裂纹位置完全吻合。验证了模拟计算结果的正确性。

预应力硬态切削加工表面残余应力的数值模拟与试验研究

为研究预应力硬态切削过程中预应力条件对已加工表面残余应力的影响规律,建立热力耦合、平面应变的预应力正交切削有限元模型,并结合有限元软件MARC的网格重划分功能,对PCBN刀具预应力车削轴承套圈材料GCr15(HRC62)的加工表面残余应力进行了数值模拟,同时进行了试验研究。结果表明,预应力切削方法能主动控制加工表面残余压应力的状态,从而提高轴承零件的疲劳寿命;而且随着施加的预应力的增大,表面残余压应力的大小和分布层深都显著增加。

预应力硬态切削加工中残余应力的数值模拟(英文)

航空轴承外圈的疲劳裂纹分析表明,套圈表面的残余压应力分布致使轴承表面接触疲劳寿命降低。预应力切削是一种能主动控制加工表面的残余应力状态的方法,它是通过预先给工件施加一个弹性范围内的张应力后再进行切削加工。针对预应力硬态切削的特点,建立了切削模拟的三维热力耦合模型;分析研究了材料本构方程、任意拉格朗日-欧拉方法以及刀屑接触面的摩擦模型等切削模拟中的关键技术。最后,通过切削实验和有限元模拟,比较和分析了预应力硬态切削对加工表面应力状态的影响,证明了预应力切削方法能在加工表面产生残余压应力,从而提高加工表面的接触疲劳寿命。

开槽应力释放法优化整体结构件切削加工研究

为研究开槽法对整体结构件变形影响,以开槽应力释放法为基础,从力学角度建立单一残余应力作用下开槽法应力释放理论模型。建立开槽释放应力有限元模型,讨论了开槽深度、开槽宽度、开槽走向和开槽数目4个主要因素对开槽效果的影响。研究表明,所建立的模型能正确预测开槽过程中残余应力释放影响毛坯件变形;开槽深度应控制在毛坯件中性层面附近;开槽宽度宜控制在总宽度2/3之内;开横槽应力释放效果要优于纵槽;开槽数目越多,残余应力释放效果越好。

初始残余应力对铝合金T形构件加工变形的影响

铝合金T形构件广泛应用于航空领域,坯件内初始残余应力导致的T形构件加工变形状态决定其使用性能和服役寿命。通过有限元法建立T形构件的三维切削加工有限元模型,研究坯件内部初始残余应力对T形构件加工变形的影响,并通过铣削加工实验对仿真结果进行验证。结果表明:坯件内初始残余应力引起T形构件的变形主要表现为T形构件底部的曲翘变形,且沿着底部四个角的延伸方向,变形逐渐增大,且这一变化规律不受T形件侧壁厚的影响;壁厚较薄的T形构件底部的变形主要由坯件底部保留区内的初始残余应力决定,坯件其它区域的初始残余应力对变形的贡献极小;坯件底部保留区内不同分布状态的初始残余应力会使壁厚较薄的T形构件产生不同的变形状态。

铸造机主链轮焊接修复模拟

利用计算机仿真技术建立铸造机主链轮T型接头焊接的有限元模型,采用生死单元技术对T型接头焊接过程中的温度场和应力场进行了数值模拟。温度场模拟结果与实际焊接过程较为相符;应力场模拟结果表明,最大纵向残余应力位于焊缝上表面,最大横向残余应力和厚度方向残余应力分别位于焊缝与翼板和腹板的交接处。并得到了铸造机主链轮T型接头的三维焊接温度场和应力场的动态模拟分析方法。

铝合金板淬火应力与框形零件变形的数值分析

在ABAQUS软件中模拟了2A12铝合金的淬火过程,进行了实际板材淬火和钻孔法应力测量试验,仿真所得板材表面应力值与实际测量结果误差约为10.1％～16.5％,且都具有对称分布的特点,说明通过淬火仿真获得的板材内应力分布与实际淬火相吻合.基于仿真的应力分布进行加工仿真,研究了单框零件相对板厚位置对加工变形的影响,提出了由板材加工框形零件的加工变形控制策略.