【正文】 力分析，從而進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，而且還能用于平板軋制、拉拔、擠壓等塑性加工分析。但是當(dāng)物體產(chǎn)生塑性變形后，塑性區(qū)內(nèi)的應(yīng)力和應(yīng)變?yōu)榉蔷€性關(guān)系。主要表現(xiàn)在： ① 由于在塑性區(qū)內(nèi)應(yīng)力－應(yīng)變之間為非線性關(guān)系，所以在彈塑性有限元中，求解的是一個(gè)非線性問題，為了求解方便，要用適當(dāng)?shù)姆椒▽栴}線性化。這樣，勢(shì)必增加計(jì)算工作量，延長(zhǎng)計(jì)算時(shí)間。研究的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面。本文將首先從銑削溫度、毛坯初始?xì)堄鄳?yīng)力、裝夾應(yīng)力引起的單項(xiàng)加工變形預(yù)測(cè)分析入手，分別研究走到路徑、加工順序和加工余量的影響，摸索加工變形規(guī)律。因此為便于工程應(yīng)用，引入了有限元技術(shù)，基于有限元數(shù)值計(jì)算結(jié)果，研究典型多框體零件銑削變形的規(guī)律，尋找 控制銑削變形的有效方法，以便更好的指導(dǎo)生產(chǎn)。航空多框體結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)精度有很高的要求，因此結(jié)構(gòu)件在銑削加工過程中不存在過大變形，因此研究中可以不考慮幾何非線性，將研究方向定位在小變形問題，即材料非線性問題。即材料的彈性性質(zhì)不受塑性變形的影響。如果 ︳ σs1︳ =σr1，則稱材料為各向同性強(qiáng)化材料；如果 σr1σs1=2σs,則稱材料為運(yùn)動(dòng)強(qiáng)化材料。該準(zhǔn)則認(rèn)為：材料在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的形狀改變能達(dá)到了單位拉伸屈服時(shí)的形狀改變能，材料開始屈服。 大多金屬材料在達(dá)到屈服極限后，材料均表現(xiàn)出強(qiáng)化效應(yīng)，復(fù)雜應(yīng)力狀況下的應(yīng)變強(qiáng)化規(guī)律為：進(jìn)入屈服后卸載，然后加載，其新的屈服應(yīng)力僅與卸載錢的等效塑性應(yīng)變總量有關(guān)。式（ ）和式（ ）反應(yīng)了屈服與強(qiáng)化之間的關(guān)系，他們就是的無奈搞笑強(qiáng)化材料的 Mises 準(zhǔn)則。在同一點(diǎn)和同一載荷下，每個(gè)方向東歐是常數(shù)。因此，彈塑性應(yīng)力與應(yīng)變之間不是單值對(duì)應(yīng)關(guān)系，即應(yīng)變不僅依賴與當(dāng)時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)，而且還依賴與整過加載的歷史。 上式是進(jìn)入塑性狀態(tài)的材料繼續(xù)加載時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系，只要發(fā)生卸載應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系就轉(zhuǎn)換成線性關(guān)系。在多框體加工變形的研究中，要計(jì)算的變形量是指裝夾卸除時(shí)工件產(chǎn)生的殘余變形，因此需要進(jìn)行卸載計(jì)算。 從塑性力學(xué)的觀點(diǎn)來看，銑削加工產(chǎn)生殘余應(yīng)力的過程既是價(jià)值過程又是卸載過程，加載過程是指銑削過程中由于材料局部發(fā)生塑性變形而產(chǎn)生殘余應(yīng)力的過程，卸載過程是指切削層金屬被去除、刀具離開當(dāng)前工位后，材料內(nèi)部殘余應(yīng)力重新分布這一過程。因此，為了提高大型結(jié)構(gòu)件的加工精度，必須進(jìn)行數(shù)控銑削加工變形產(chǎn)生機(jī)理的理論研究，通過有限元模擬技術(shù)比較準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)工件的加工變形，也就是說以銑削加工為模擬對(duì)象，利用三維有限元方法模擬銑削過程在不同條件下加工表層的力學(xué)狀態(tài)。有限元模型在將連續(xù)體離散化及應(yīng)用有限個(gè)參數(shù)表征無限個(gè) 形 態(tài)自由度過程中不可避免地引入近似。注意：為了便于材料的定義，之后還將在生成的 INP 文件中修改數(shù)據(jù)。 圖 35 裝配過程示意圖 18 在 進(jìn)行裝配 的過程中 ，主要是通過坐標(biāo)進(jìn)行裝配 。如圖 36 所示： 圖 36 分析步的建立過程 網(wǎng)格劃分 Mesh 功能模塊中主要是可以實(shí)現(xiàn)布置種子控制網(wǎng)格密度、控制單元形狀、選擇單元類型、劃分網(wǎng)格、檢查網(wǎng)格質(zhì)量、編輯修改網(wǎng)格等。Interaction 模塊可規(guī)定模塊區(qū)域或模塊的一個(gè)區(qū)域與環(huán)境之間的力學(xué)的相互作用。 點(diǎn)擊工具欄 Create Job 彈出圖 317 所示對(duì)話框： 圖 317 任務(wù)提交對(duì)話框 25 再點(diǎn)擊工具欄中的 Job Manager,彈出圖 318 所示對(duì)話框： 圖 318 任務(wù)管理器 首先點(diǎn)擊 Submit→Monitor 彈出如圖 319 所示監(jiān)視器界面： 圖 319 監(jiān)視器 運(yùn)算結(jié)束后，點(diǎn)擊 Results 按鈕，就進(jìn)入了 Abaqus 的可視化模塊，在此模塊中可以查看運(yùn)算的結(jié)果。 圖 320 六個(gè) 相同隔框的零件示意圖 如下圖所示，根據(jù)工件的特點(diǎn)，銑削加工有 24 種加工情況，我們選擇其中的 五 種情況進(jìn)行模擬研究，分別是：環(huán)形銑削 A→B→C→F→E→D, 順序銑削A→D→B→E→C→F ，奇偶銑削 A→D→C→F→B→E, 偶奇銑削B→E→A→D→C→F, 對(duì)角銑削 A→F→D→C→B→E 。 切削加工是指被加工材料被切除的過程，隨著切削加工過程的進(jìn)行，切削層中的殘余應(yīng)力被逐漸釋放，工件自身的剛度也發(fā)生變化， 原始的自平衡被打破，工件只有通過變形達(dá)到新的平衡狀態(tài)。處于不同銑削狀態(tài)單元所牽制的模式分布如下圖所示： 圖 324 加載模式示意圖 圖 324 中的 xP 、 yP 、 zP 是對(duì)應(yīng)的銑削力分量在有限元模型坐標(biāo)系的表示。 銑削加工后得可到想要的六框體框類結(jié)構(gòu)件。 35 第 四 章 總結(jié)與展望 全文總結(jié) 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們正在不斷建造更為快速的交通工具、更大規(guī)模的建筑物、更大跨度的橋梁、更大功率的發(fā)電組和更為精密的機(jī)械設(shè)備。作為產(chǎn)品研究開發(fā)過程中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，定位方案的分析、設(shè)計(jì)和計(jì)算過程不可能長(zhǎng)期停留在經(jīng)驗(yàn)、手工計(jì)算的階段，只有朝著自動(dòng)化程度更高，針對(duì)性更廣，可靠性更高的方向發(fā)展才能滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要。 36 參考文獻(xiàn) 1 康小明 ,孫杰 ,蘇財(cái)茂等 .飛機(jī)整體結(jié)構(gòu)件加工變形的產(chǎn)生和對(duì)策 .中國機(jī)械工程 ,20xx,15(13):11401143 2 吳凱 .航空薄壁件加工變形機(jī)理的有限元模擬研究 [博士學(xué)位論文 ]，南京：南京航空航天大學(xué)， 20xx 3 王樹宏 .航空鋁合金厚板初始?xì)堄鄳?yīng)力及其對(duì)銑削變形影響的基礎(chǔ)研究 [博士學(xué)位論文 ]，南京：南京航空航天大學(xué)， 20xx. 4 Eyup Sabri Topal,Can Co? cutting force induced error elimination method for turning of Materials Processing Technology,20xx, 170: 192203 5 , , . A flexible force model for end milling of lowrigidity of Materials Processing Technology, 20xx,153154: 134138 6 , , , ammel,. An experimental investigation of fixture– workpiece contact behaviourfor the dynamic simulation of plex fixture– workpiece of Materials Processing Technology, 20xx, 164165:15971606 7 , of machining fixture layout under Journal of Machine Toolsamp。Manufacture(In Press) 18 Chana Raksiri,Manukid and force errors pensation in a 3axis CNC milling Journal of Machine Toolsamp。在這份大學(xué)的最后一頁里，我要感謝的人很多，首先要感謝我的學(xué)校，感 謝在這四年中教給我的做人的道理，讓我從一個(gè)懵懂得高中生變成一個(gè)成熟的青年，還要感謝尊敬的指導(dǎo)老師秦國華教授，他嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；他循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，開始進(jìn)入課題到論文的順 利完成，有多少可敬愛的師長(zhǎng)、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠摯的謝意！有你們的伴隨，才有我大學(xué)生活的豐富多彩，絢麗多姿！謝謝！ 39 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 。沒有他們的幫助和提供資料對(duì)于我一個(gè)對(duì)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)一竅不通的人來說要想在短短的幾個(gè)月里學(xué)到網(wǎng)絡(luò)知識(shí)并完成畢業(yè)論文是幾乎不可能的事情。Manufacture,20xx,(44):1629– 1641 25 孫杰 ,柯映林 .隔框類航空整體結(jié)構(gòu)件變形校正關(guān)鍵技術(shù)研究 .浙江大學(xué)學(xué)報(bào) (工學(xué)版 ),20xx,38(3):351356 26 Shane ,Shreyes of workpiece deformation in a Journal of Machine Toolsamp。Manufacture, 20xx,44:16291641 12 Mofid Mahdi, Liangchi Zhang. Applied mechanics in 7:residual stresses induced by the full coupling of mechanical deformation,thermal deformation and phase Journal of Machine Toolsamp。在本系統(tǒng)的研究開發(fā)過程中，一方面由于我們的計(jì)算機(jī)輔助定位方案設(shè)計(jì)系統(tǒng)是研制和開發(fā)工作的一個(gè)初次實(shí)現(xiàn)，另一方面，由于時(shí)間的關(guān)系，模塊中還有一些重要的功能部分需要進(jìn)一步完善： 1) 變形的控制技術(shù) 可以從加工工序、加工路線、走刀路徑、等工藝參數(shù)的選取做進(jìn)一步的研究 2）加工變形分析 為了更快捷和準(zhǔn)確地得到加工變形規(guī)律，通過參數(shù)化的建模和分析計(jì)算，得出不同形狀，不同材料，不同結(jié)構(gòu)的部件的變形規(guī)律，有待進(jìn)一步的完善與修改。 本文對(duì)該論文的研究背景進(jìn)行了一系列的闡述以及研究的現(xiàn)狀，但本文注重研究的是用 Abaqus 對(duì)多框體結(jié)構(gòu)件的 研究，進(jìn)行有限元的建模分析，從而得出使用對(duì)角切削的情況下變形量最小的結(jié)論。試驗(yàn)加工獲得的六框體結(jié)構(gòu)件放在測(cè)試平臺(tái)上進(jìn)行了觀察和測(cè)量，最后得出被加工的兩個(gè)零件 具有相同的變形規(guī)律，即零件總體都呈現(xiàn)彎扭組合變形并在自由端中的一角有較明顯的下沉現(xiàn)象。 分析 結(jié)果 通過上述方法 的建模運(yùn)算，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行后處理，得到了仿真的結(jié)果，如 圖325 所示： 29 （ a） 總體位移 （ b） X 方向位移 30 （ c） Y 方向位移 （ d） Z 方向位移 31 (e)應(yīng)力圖 （ f） S11 方向的殘余應(yīng)力 32 （ g） S22 方向的殘余應(yīng)力 圖 325 仿真結(jié)果 通過五種不同的加工順序 ，在圖 326 所示的路徑 PATH 中提取位移曲線，分別對(duì)應(yīng)的五個(gè)位移曲線圖如圖 327 所示： 圖 326 路徑示意圖 （ a）環(huán)形銑削 A→B→C→F→E→D 33 （ b）順序銑削 A→D→B→E→C→F （ c）奇偶銑削 A→D→C→F→B→E （ d）偶奇銑削 B→E→A→D→C→F （ e）對(duì)角銑削 A→F→D→C→B→E 圖 327 位移曲線圖 從 圖 中 的位移參數(shù) 可以得出對(duì)角銑削 的加工條件下位移最小，此種加工順序最為理想 。在進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)，根據(jù)模擬工件的尺寸，沿 厚度方向劃分為 5 層，如 圖 322 所示： 圖 322 模型分層示意圖 28 在各個(gè)層上添加初始應(yīng)力的方法，如圖 323 所示 ： 圖 323 添加初始應(yīng)力 加載模式 將單元看作 “積木塊 ”，被去除單元塊因節(jié)點(diǎn)的牽制而體現(xiàn)為力的性質(zhì)，有限元模擬去除單元塊的過程就是施加外載荷以克服這種牽引力。挖去 的六個(gè)框的壁厚為 3mm，寬度方向兩個(gè)框的距離為 1mm，長(zhǎng)度方向每?jī)蓚€(gè)框的距離為 2mm， 加工順序影響的模擬分析 殘余應(yīng)力是當(dāng)沒有任何外在載荷作用的情況下，存在于構(gòu)件內(nèi)部且在整個(gè)構(gòu)件內(nèi) 部保持平衡的應(yīng)力。圖 320 是六個(gè)相同尺寸隔框的零件 示意圖。 初始條件的添加與單元生死技術(shù) 在工具欄中點(diǎn)擊 Model→Edit Key words model1 打開對(duì)話框，出現(xiàn)了一個(gè)可編輯菜單，輸入 INITIAL CONDITIONS,TYPE=STRESS，來添加六個(gè)方向的初始應(yīng)力，并且在每個(gè)分析步上完成選定腔體單元集合的單元生死，殺死該單元，實(shí)現(xiàn)腔體的去除。 （ 1） 首先進(jìn)行的是加工件的網(wǎng)格化過程 ，如 圖 37： 19 37 網(wǎng)格劃分的種子分布 模型的網(wǎng)格化后的情況 如圖 38 所示： 圖 38 加工件的網(wǎng)格 劃分 結(jié)果 （ 2） 在 Mesh 模塊中選擇 Assembly 里進(jìn)行集合的選取，操作順序是：工具欄中 Tools→Set→Create 點(diǎn)擊確定選（ Element） 如 圖 39 所示： 20 圖 39 集合 的創(chuàng)立過程 最后選擇所要去除的材料部分，如圖 310 所示： 圖 310 材料去除部分的選擇 紅色區(qū)域?yàn)槿コ糠?，按下鼠?biāo)中建確認(rèn)，點(diǎn)擊工具欄 Create Display Group，如 圖 311 所示：