【正文】 質(zhì)量、編輯修改網(wǎng)格等。裝配還好后一定要點(diǎn)擊ok鍵，不然裝配是無效操作。圖35裝配過程示意圖在進(jìn)行裝配的過程中，主要是通過坐標(biāo)進(jìn)行裝配。ABAQUS中的每個(gè)部件都存于自己的局部坐標(biāo)系中，在模型中相互獨(dú)立。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)。具體模擬時(shí)應(yīng)該要滿足以下條件：1） 平衡條件：零件的整體和任一元素在節(jié)點(diǎn)上都必須保持靜力平衡；2） 變形協(xié)調(diào)條件：交匯于一個(gè)節(jié)點(diǎn)上的各元素在外力的作用下，引起元素變形后必須保持靜力平衡；3） 滿足整個(gè)結(jié)構(gòu)的邊界條件及元素間的邊界條件以及材料間的本構(gòu)關(guān)系；4) 剛度等價(jià)原則：有限元模型的抗彎、抗扭、抗拉及抗剪剛度要盡可能等價(jià)；5） 根據(jù)銑削加工特點(diǎn)仔細(xì)劃分網(wǎng)格，認(rèn)真選取單元類型，使之較好反映銑削時(shí)的傳力特點(diǎn)；6） 在集合結(jié)構(gòu)上盡可能地逼近真實(shí)的結(jié)構(gòu)體；7） 仔細(xì)處理載荷模型，正確生成節(jié)點(diǎn)力。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。如果所建立的銑削加工模型不能合理的反映實(shí)際的航空結(jié)構(gòu)件的銑削情況，則無論采用的有限元理論有多先進(jìn)，所運(yùn)用的有限元程序有多正確，都不能很好的解決工程實(shí)際問題，所以從這一方面來說建立銑削加工的有限元分析模型的原則就是要使建立的有限元模型能在力學(xué)上合理的模擬實(shí)際加工過程。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)。從產(chǎn)品特征角度看，航空航天產(chǎn)品大多是隔框件，因而都需要經(jīng)過銑削加工。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。由于卸載是按彈性規(guī)律卸載，載荷位移之間的關(guān)系為線性關(guān)系，因此在現(xiàn)在計(jì)算中只要將彈性矩陣代替成為線性彈性問題即可。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。只要增加的載荷適當(dāng)?shù)男。谒苄詤^(qū)內(nèi)應(yīng)力增加和應(yīng)變?cè)黾又g的關(guān)系就可近似地描述如下： （）式中 僅與加載前得應(yīng)力有關(guān)，與應(yīng)力及應(yīng)變?cè)隽繜o關(guān)，所以上式（）也是線性關(guān)系。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。 我們假設(shè)材料進(jìn)入塑性后，載荷按微小增量方式逐步加載，應(yīng)力和應(yīng)變也在原來水平上增加： （）式中為彈性矩陣。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。這個(gè)法則幾何上解釋為塑性應(yīng)變?cè)隽肯蛄康姆较蚺c屈服曲面的法向一致，故又稱法向流動(dòng)法則。在同一點(diǎn)和同一載荷下，每個(gè)方向東歐是常數(shù)。流動(dòng)法則是材料在塑性狀態(tài)下應(yīng)力與應(yīng)變速度或者是應(yīng)變?cè)隽恐g的關(guān)系理論。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。此處函數(shù)H反應(yīng)了新的屈服應(yīng)力對(duì)與等效塑性應(yīng)變總量的關(guān)系。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)。用主應(yīng)力表示為： （） 假設(shè)在進(jìn)入屈服后載荷按微小增量方式逐步加載，則應(yīng)變?cè)隽靠煞纸鉃閮刹糠郑? （） 其中： 為彈性應(yīng)變?cè)隽?，為塑性?yīng)變?cè)隽?。該?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。各種材料強(qiáng)化塑性特征如圖所示。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。 材料的非線性彈性和彈塑性 對(duì)于強(qiáng)化材料，在一個(gè)方向（例如拉伸）加載進(jìn)入狀態(tài)以后，在σ=σr1時(shí)卸載，并反方向（加壓）加載，直到進(jìn)入新的塑性。即材料的彈性性質(zhì)不受塑性變形的影響。⑵ 由于塑性變形的出現(xiàn)，應(yīng)力與應(yīng)變之間不在是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，與加載歷史有關(guān)。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。非線性問題可以分為兩大類，第一類是屬于幾何非線性，第二類是屬于材料非線性。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)。第二章 多框銑削變形有限元分析的基本原理與方法 整體結(jié)構(gòu)件的銑削加工過程是一個(gè)典型的非線性力學(xué)問題，它涉及材料科學(xué)、工程彈塑性力學(xué)、機(jī)械加工工藝學(xué)以及金屬切削理論等多個(gè)交叉學(xué)科，關(guān)聯(lián)介質(zhì)有毛坯殘余應(yīng)力分布狀態(tài)、毛坯材料特性、數(shù)控加工力學(xué)特性等，是被加工工件內(nèi)部殘余應(yīng)力、銑削殘余應(yīng)力等內(nèi)應(yīng)力相互影響的綜合結(jié)果。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。本文將針對(duì)多框體結(jié)構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)件的參數(shù)化建模和規(guī)則網(wǎng)格劃分。研究的主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面。由于塑性理論中，關(guān)于塑性應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系和硬化假設(shè)有多種理論，采用不同的理論就會(huì)得到不同的彈塑性矩陣表達(dá)式，由此就會(huì)得到不同的有限元計(jì)算公式。這樣，勢(shì)必增加計(jì)算工作量，延長(zhǎng)計(jì)算時(shí)間。②由于在加載和卸載時(shí)，塑性區(qū)內(nèi)的應(yīng)力－應(yīng)變關(guān)系是不一樣的，因此，次計(jì)算時(shí)，一般應(yīng)在檢查塑性區(qū)內(nèi)各單元是處于加載狀態(tài)還是卸載狀態(tài)。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。卸載時(shí)，在塑性區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的應(yīng)力和應(yīng)變，按線性關(guān)系變化。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。彈塑性有限元發(fā)展至今，已在理論上有了很大的發(fā)展，在工程中也獲得了廣泛的應(yīng)用。彈塑性有限元不僅能用來對(duì)受力物體進(jìn)行應(yīng)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。縱觀國(guó)內(nèi)外研究切削力的歷程，可以看出，所有研究都是在充分利用塑性力學(xué)、有限元理論、位錯(cuò)理論及斷裂力學(xué)等方面的最新成果來研究金屬切削的形成過程，從而在理論和試驗(yàn)兩方面來研究切削力的規(guī)律，為機(jī)床、刀具和夾具設(shè)計(jì)及提高產(chǎn)品加工質(zhì)量提供可靠的科學(xué)依據(jù)。近年來，隨著測(cè)試技術(shù)的完善，相繼研制出三向動(dòng)態(tài)銑削、鉆削測(cè)力儀，為切削力的試驗(yàn)研究提供了更大的應(yīng)用空間，如南京航空航天大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等一些高校院所在這方面都進(jìn)行了極為有意義的研究。在試驗(yàn)研究方面，國(guó)內(nèi)外學(xué)者從車削力研究出發(fā)，通過大量試驗(yàn)，由車削測(cè)力儀測(cè)得車削力后，用數(shù)學(xué)方法對(duì)所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從而建立起計(jì)算車削力的經(jīng)驗(yàn)公式。盡管很多學(xué)者對(duì)計(jì)算切削力進(jìn)行了大量的理論分析，試圖從理論上獲得切削力的計(jì)算公式，以服務(wù)于生產(chǎn)。近年來，隨著計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的發(fā)展，國(guó)外一些學(xué)者[28]利用有限元軟件（如ABAQUS、DEFORM、ADVANTAGE、MARC等）建立切削力分析計(jì)算模型，這些模型在一定程度上為新設(shè)備、新工藝試運(yùn)行提供了可預(yù)測(cè)的切削力量級(jí)，具有很高的參考價(jià)值。前述的切削模型對(duì)材料的加工硬化沒有給予充分的注意，1967年。在理論研究方面，由于理論公式能相當(dāng)充分地反映切削過程，可以解釋切削過程的許多現(xiàn)象，為此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)計(jì)算切削力的理論分析做了大量工作，并且取得了許多卓有成效的研究成果，大大豐富了切削理論的內(nèi)涵。由于不同的材料、不同的加工條件其物理學(xué)模型是不同的，為此，要研究航空結(jié)構(gòu)件的加工變形問題就必須建立針對(duì)這種具體材料的銑削力模型?？墒菑?0年初到2002年之間，由于經(jīng)費(fèi)、設(shè)備及材料等方面的問題嚴(yán)重制約了研究工作的深入，這直接造成了我國(guó)基礎(chǔ)制造業(yè)，尤其是航天等工業(yè)的發(fā)展滯后。國(guó)外從20世紀(jì)50年代開始對(duì)此問題開始研究，在該領(lǐng)域取得了令人矚目的成果。因此說，基于加工條件和工件材料特性的加工殘余應(yīng)力的研究是具有重要的現(xiàn)實(shí)意義的。業(yè)已證明，在金屬切削加工過程中，已加工表面層產(chǎn)生殘余應(yīng)力，同時(shí)又由于切削過程切削力和切削熱的作用以及材料的去除導(dǎo)致工件基體狀態(tài)發(fā)生變化等綜合因素的影響，使得零件內(nèi)部原有的殘余應(yīng)力重新分布并與表面層殘余應(yīng)力耦合形成新的殘余應(yīng)力分布規(guī)律。關(guān)于多框整體結(jié)構(gòu)件加工變形的研究少見于報(bào)端。Shane、董輝躍等人[2527]研究了裝夾對(duì)加工變形的影響。目前對(duì)加工變形的研究更多采用的是有限元分析的方法：針對(duì)具體的零件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用有限元技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)模擬仿真與工藝試驗(yàn)相結(jié)合，獲得研究對(duì)象的變形規(guī)律，再利用數(shù)據(jù)補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)償，在保證結(jié)構(gòu)件高精度加工的要求的同時(shí)，也提高了加工效率。有限元法是六十年代初期隨著電子計(jì)算機(jī)的發(fā)展而發(fā)展起來的一種新的數(shù)值計(jì)算方法，廣泛應(yīng)用于航空、造船、建筑與機(jī)械等領(lǐng)域。如果完全靠試驗(yàn)來累計(jì)數(shù)據(jù)成本太高。文獻(xiàn)[14]研究了弧形件、薄壁套筒、薄壁長(zhǎng)錐筒等一些相對(duì)簡(jiǎn)單或具有特殊形狀的零件加工變形規(guī)律，提出了控制這些特殊零件的加工變形的工藝措施。二OOO年后，在航空制造企業(yè)、國(guó)防科工委、總裝備部等國(guó)家部門的重視和資助下，南京航空航天大學(xué)、航空625所、北京航空航天大學(xué)、浙江大學(xué)和成都飛機(jī)制造廠等高校、研究所與航空制造企業(yè)相繼開展整體結(jié)構(gòu)件加工變形方面的研究工作。目前國(guó)外主要進(jìn)行的是工藝方法的試驗(yàn)研究。[4,5]研究了在切削弱剛度零件時(shí)的切削力模型；[6,7]研究了裝夾對(duì)板類零件加工變形的影響，并對(duì)多約束條件下的裝夾方案進(jìn)行了優(yōu)化。法國(guó)巴黎航空工業(yè)學(xué)院與國(guó)家宇航局針對(duì)航天飛行器整體結(jié)構(gòu)零件設(shè)計(jì)與制造問題，聯(lián)合建立了專門的強(qiáng)度試驗(yàn)室，深入研究加工變形的工藝控制和安全校正等問題。整體結(jié)構(gòu)件加工變形問題，涉及材料、力學(xué)、機(jī)械制造等多個(gè)學(xué)科，是航空產(chǎn)品加工工藝中的一個(gè)瓶頸，歐美等制造強(qiáng)國(guó)在這方面投入了大量的人力和物力。研究加工變形可以有實(shí)驗(yàn)研究和模擬分析兩條途徑。為了能夠提出有效的加工變形控制措施，我們必須首先掌握加工變形的變化規(guī)律。針對(duì)這三個(gè)來源，可以從以下兩個(gè)方面來主動(dòng)抑制零件加工變形：（1）從材料的角度出發(fā)，采取措施消除結(jié)構(gòu)件毛坯內(nèi)部的殘余應(yīng)力；（2）從加工工藝角度出發(fā)，優(yōu)化切削用量、刀具幾何角度、刀具走刀路徑以及隔框加工順序，合理安排去應(yīng)力工序及余量分配，對(duì)工裝夾具要合理的改進(jìn)。正是由于它的高質(zhì)量、低成本的特點(diǎn)，數(shù)值仿真技術(shù)將會(huì)在產(chǎn)品的研發(fā)過程中起到越來越重要的作用。制造業(yè)的發(fā)展直接影響到整個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)實(shí)力的發(fā)展，因此，在當(dāng)今的制造領(lǐng)域中，應(yīng)當(dāng)更加注重對(duì)先進(jìn)的制造技術(shù)的研究與應(yīng)用，從而提高整體制造水平與效率。近年來，隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展、推廣和普及，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)數(shù)值仿真技術(shù)展開了大量的研究并取得了一定的進(jìn)展。為了解決上面的問題，基于有限元分析理論的數(shù)值仿真技術(shù)是一個(gè)重要途徑，通過軟件中對(duì)模型的運(yùn)算，能夠快速、準(zhǔn)確、獲取現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)中很難獲得的加工數(shù)據(jù)。這種方法需要一套完善的實(shí)驗(yàn)設(shè)備與檢測(cè)儀器，雖然直接，但成本比較高，而且由于設(shè)備的局限性也并不能獲得所有期望的測(cè)量結(jié)果。因此，為了提高加工精度和切削效率從而提高加工的效率和產(chǎn)品質(zhì)量，需要對(duì)切削機(jī)理進(jìn)行深入研究，掌握不同加工參數(shù)下的加工數(shù)據(jù)，從而對(duì)切削用量進(jìn)行優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)對(duì)加工過程中的物理因素進(jìn)行控制。薄壁件零件具有結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，精度要求高，剛度較低，加工余量大，工藝性差，極易發(fā)生加工變形和切削振動(dòng)等特點(diǎn)，因此其加工工藝復(fù)雜，成品率低，周期長(zhǎng)，成本高，特別是當(dāng)滿足焊接要求時(shí)，往往材料的切削加工性及強(qiáng)度相應(yīng)下降。關(guān)鍵詞： 有限元分析，薄壁件，銑削順序，加工變形 指導(dǎo)老師簽名： Threedimensional helical milling force simulation with the research and analysisStudent Name: Wang Guidong Class