立铣空间力学模型分析研究

航空产品大量使用薄壁结构零件，但薄壁零件在加工中由于受力变形易产生让刀现象，造成零件尺寸精度难以保证，为研究其变形机理，建立准确的切削力学模型十分关键。本文在已有文献的基础上，建立了螺旋立铣刀切削的力学模型，并对铣削力的空间分布状态进行了必要的讨论，为进一步研究薄壁零件加工变形奠定了理论基础。     

薄壁零件的高速铣削振动研究

为研究薄壁零件加工的振动机理,本文在考虑动态切削厚度的变化以及顺铣和逆铣之间差别的基础上,建立了一个薄壁零件立铣的力学模型,并用两个铣削实例加以验证.结果表明,该模型可以预测动态铣削过程中的切削力和振动位移.     

拉伸装夹对航空框类零件加工变形影响的有限元分析

拉伸装夹可以改变已加工零件表面的残余应力分布状态,使其向残余压应力的方向转化,这对于提高航空零件的疲劳性能非常有益。但是,对于航空薄壁件来说,由于其结构刚性差,装夹方式不当易引起较大的加工变形,从而影响到其加工精度。本文采用有限元分析方法,模拟分析了拉伸装夹方案对薄壁件加工变形的影响。在保证已加工表面产生所需残余压应力的前提下,从控制薄壁件加工变形的角度出发,对拉伸装夹方案进行了优化。结果表明,采用拉伸装夹对于框类零件加工同样适用,为减小加工变形,拉具和拉撑间距应尽量大,拉伸力尽可能小,拉伸位置尽量放在刚性较强的面上。     

薄壁零件高速铣削动态切削力

通过微元铣削力与瞬时未变形切屑厚度之间的线性关系,提出了螺旋圆柱铣刀的瞬时切削力模型.在此基础上,采用两自由度弹性-阻尼系统,建立了适合薄壁零件的综合考虑刀具子系统和工件子系统动态特性的动态铣削力模型.最后通过实际测量数据与模型计算数据的对比,验证了提出的动态铣削力模型的有效性.     

高温合金螺纹铣削力优化研究

针对高温合金材料的螺纹铣削加工,分析了切削厚度的表达方法,建立了相邻两次走刀形成的截面积的表达方法。在此基础上,研究了高温合金螺纹铣削过程中的铣削力和扭矩,结果表明:螺纹铣削时,铣削力及扭矩与截面积呈正相关。提出了通过使螺纹粗精加工过程中每次走刀的截面积相等,进而优化高温合金螺纹铣削径向切深的加工策略。该策略可有效控制切削力值和扭矩值,这不仅有利于提高刀具寿命和加工精度,亦为制定难加工材料螺纹铣削工艺提供了依据。     

多点装夹方案对多框体铣削变形影响的有限元分析

多框体刚性差,在铣削加工过程中由于装夹方式不当容易产生加工变形,影响加工精度.目前,国内外对装夹方棠的研究局限于单框的裳夹效应的研究,没有分析装夹方案对多框体铣削加工变形的影响.本文利用有限元法模拟分析了装夹方案对多框体铣削加工变形的影响.从控制多框体铣削加工变形的角度出发,对夹具/支撑的作用位置,央紧力大小进行了优化.结果表明,为了有效地控制多框体的铣削加工变形,应相应地减小夹具/支撑的间距和适当地增大夹紧力.     

型腔尖角的轨迹优化

在铣削型腔尖角加工过程中,当环切法加工的行间距离比较大时,型腔尖角处将会出现加工残余.由于刀具与工件的接触线增加,使得尖角处铣削力增大.因此,采用了双圆弧过渡来处理型腔中的尖角,该方法能保证以尽可能大的行距走刀,缩短了加工时问,提高了加工效率,同时还可以清除尖角处的残余留量.尖角处刀具轨迹进行合理优化后,刀具沿着改进的轨迹快速运行,满足了高速铣削型腔的加工要求.最后,实验验证了该方法的有效性.     

螺旋线刃型电解阴极流场的数值模拟与结构优化

为了降低数控电解铣削时阴极流场的波动和不均匀性,提高工件的电解铣削加工精度和表面质量,针对叶轮电解铣削中螺旋线刃阴极结构,建立其流场模型,采用标准K-ε模型对叶轮加工时铣削阴极流场进行了动态模拟,分析了不同的内部流道结构和加工工艺参数对电解液流场速度和压力分布的影响,并结合模拟结果对阴极结构进行了改进。最后以叶轮为加工对象,在数控复合电解铣削加工中心进行了实验。实验结果验证了仿真模拟的有效性和正确性,为铣削用电解阴极结构的设计和改进提供了依据。     

复杂钣金零件渐进成形表面质量影响因素

通过试验对比分析了零件在不同成形角度下表面质量的变化规律,并讨论了通过优化刀具轨迹的方法改进缓面处表面质量.结果表明:根据零件成形角度的变化设置不同的层进给量,加工的零件表面质量最好;选取一定的每层进给量并结合设置残余波峰高度值增加缓面处刀轨的方法,可以提高加工效率并使零件缓面处的表面质量提高;数控加工自动编程二次精加工的方法不适于渐进成形,应根据零件的实际情形选择不同的进退刀方法.     

拉伸高速铣削对TC4钛合金疲劳性能的影响

提出采用拉伸高速铣削新方法来提高钛合金等难加工材料的疲劳性能.进行了TC4钛合金的拉伸高速干铣削试验,拉伸装夹应力从0～327 MPa,铣削速度从190～570 m/min,其他加工条件保持不变.对铣削件进行低周疲劳试验,建立疲劳裂纹监测系统对疲劳裂纹进行在位停机拍摄,并用JSM-7001F型场发射扫描电镜对疲劳断口进行观察.结果表明在高速铣削中采用拉伸装夹能使试件疲劳寿命提高8%～16%,这归因于拉伸铣削形成了更为有利的表层残余压应力层,延长了疲劳裂纹萌生寿命.     

自识别加工残区的高速铣削刀轨生成算法研究

针对高速铣削的特点和工艺要求，提出了适合高速铣削的粗加工环切刀轨生成算法。该算法不仅能自动识别加工残留区域，而且能保证刀具在加工过程中以恒速进给。这对延长刀具寿命、降低主轴振动、精简工序提高型腔加工生产率都有很大益处。该算法已应用于Superman 2000高速铣加工模块，实践表明，此算法计算速度快，健壮性好。     

刚架模型驱动网格曲面保特征变形

将刚架结构受力变形原理应用于网格曲面的变形设计中,提出一种新的曲面造型方法。通过建立与网格拓扑关系一致的刚架模型,运用刚架模型驱动网格曲面变形:即对刚架节点施加载荷或添加几何约束反算出刚架节点载荷,在载荷作用下刚架变形驱动网格曲面变形。针对几何约束变形问题,建立以节点位移为变量,由载荷最小和节点位移最小组成的目标函数,组合使用两种不同的最小化模型,实现不同的变形需求。在变形过程中,采用增大网格曲面特征区域所关联单元体弹性模量的方法,达到整体变形中局部形状特征的保持,避免了传统方法中繁琐的特征信息记录公式。实验结果表明,该变形方法直观方便,可以产生理想的变形效果。     

分布传递函数方法的梁杆几何非线性分析

本文提出了一种基于动坐标的、适用于梁大变形分析的传递函数方法，在本方法中，一个复杂系统被分为若干一维子系统，各子系统根据梁的有限变形理论进行推导，推导中把轴力看作子系统的参数，引入状态向量后，可以将子系统的控制方程改写为含参状态空间的形式，然后利用传递函数方法求解，系统的合成借鉴了有限元的处理方法，引入了动坐标关系，使方法可以用于对大变形的分析。文后给出了算例表明本文方法有很高的精度和很好的收敛性。     

接触问题数值分析方法的研究现状与发展

接触问题涉及到应力集中、边界非线性、甚至材料或几何非线性，问题很复杂但又十分重要。随着电子计算机的发展，有限元与边界元理论与数值方法也取得了很大进展。目前，这两种方法已成为工程接触问题十分有效的研究和数值分析手段。本文综述了接触问题中的有限元法与边界元法及其工程应用方面所取得的进展，着重围绕小变形弹性接触、小变形弹塑性接触以及大变形接触等方面的内容。此外，文中还对今后研究的发展方向作了展望。二十多年来，在小变形弹性接触问题中的有限元法和边界元法发展的比较成熟，并在工程中获得广泛应用；小变形弹塑性接触问题中的有限元法发展的也比较成熟。然而，它们在如下方面还必须开展进一步的研究，例如，不同材料非线性模式的接触、不同蠕变模式的接触、大变形弹塑性接触、基于实验力学的反迭代分析、以及复杂的工程构件的接触分析等。     

四轴WEDM机床锥度切割运动分析

介绍了四轴WEDM机床的结构和坐标系统，在分析了四轴WEDM机床运动的基础上，提出了一种在等锥度和变锥度情况下均适用的四轴运动控制方法。通过这一方法，由工件下表面加工轨迹和锥度角推导出工作台和上导丝嘴的运动轨迹，并应用于四轴WEDM机床计算机数控系统中。实验证明该方法正确有效。     

Mechanical Behavior of Plastic Pipe Reinforced by Cross-Winding Steel Wire Subject to Foundation Settlement

Plastic pipe reinforced by cross helically wound steel wires(PSP)is a new plastic-matrix steel composite pipe developed in China.To investigate the stress of PSP under foundation settlement,a finite element model(FEM)is proposed.The stresses and strains of PSP are obtained by the FEM analysis.The mechanic behavior of PSP subject to a foundation settlement is analyzed.Finally,the influence factor analysis of settlement deformation,such as settlement depth,overlying soil depth,diameter of PSP and inner pressure of PSP,are discussed.     

零件近净成形新工艺——差温无模锻造热力耦合有限元模拟分析

以AIS1045钢圆柱体在环形加热源局部加热下的差温无模锻造为例，利用热力耦合有限元方法模拟其成形过程。模拟结果表明，差温无模锻造作为零件近净成形的一种新工艺是可行的。差温无模锻造成形的关键是要获得和控制金属坯料内部适宜的不均匀分布温度场，加热环和冷却环的适当组合可以获得成形所需的温度分布花样。在快速变形方式下，变形前的温度分布花样基本上决定了金属的流动模式，变形过程的持续加热对其影响甚微；在慢速变形方式下，变形过程的持续加热对金属的流动模式产生一定的影响。     

鸟撞飞机风档非线性数值分析

采用非线性有限元法,基于ABAQUS/Explicit软件平台及内嵌的材料用户定义子程序(VUMAT),建立了鸟撞飞机风挡的力学分析模型.比较了有限元模型中玻璃骨架、弧框和橡胶垫片对风挡动响应分析结果的影响,并与全尺寸风挡鸟撞试验数据进行了对比.对比结果表明,考虑了玻璃骨架、弧框和橡胶垫片的有限元模型所计算得到的位移、应变曲线与试验实测曲线的一致性有了改善.最后,探讨了玻璃骨架、橡胶垫片的厚度和弹性模量对风挡抗鸟撞能力的影响规律,为风挡的抗鸟撞设计及改型提供参考.