論文開題報告：基于UG的銑槽式空心葉片有限元分析

大學(xué)本科畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告
學(xué)院：機電及自動化學(xué)院　　　　　　　　　　　　　專業(yè)班級：08機械電子2班　

課題名稱 基于UG的銑槽式空心葉片有限元分析

1、 本課題的的研究目的和意義：
金剛石磨料具有硬度高、導(dǎo)熱性、耐磨性好等優(yōu)良的性能，因此金剛石工具在石材、硬質(zhì)合金、玻璃、陶瓷等硬脆材料的加工中獲得了廣泛的應(yīng)用。然而傳統(tǒng)的多層燒結(jié)與單層電鍍金剛石砂輪由于結(jié)合劑對金剛石磨粒的把持強度低且容屑空間小，金剛石工具的優(yōu)勢未得以充分發(fā)揮[1]。為了解決這一問題，國外首先提出采用釬焊技術(shù)來改善結(jié)合劑對金剛石的把持，其出發(fā)點是希望借高溫釬焊時在金剛石、釬料與基體界面上發(fā)生如溶解、擴散、化合之類的相互作用，從根本上改善磨料、釬料合金、基體三者間的結(jié)合強度。加工試驗證實，金剛石砂輪即使在重負荷加工過程中，也不存在磨粒脫落的現(xiàn)象[2]。為此，釬焊金剛石技術(shù)成為開發(fā)新一代金剛石工具的首選方式，并成為超硬磨料工具業(yè)界的研究熱點。
目前，金剛石釬焊的加熱方式主要有真空爐釬焊技術(shù)、激光釬焊技術(shù)和高頻感應(yīng)釬焊技術(shù)等。其中高頻感應(yīng)加熱方式
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金剛石技術(shù)加熱方式之一，高頻感應(yīng)加熱應(yīng)用極為廣泛。國內(nèi)外學(xué)者圍繞著加熱工藝也展開了大量的研究工作，但主要集中在釬焊工藝上，具體可以歸結(jié)為：①釬焊金剛石界面微觀物質(zhì)研究以及表面碳化物形成的動力學(xué)研究；②釬焊工藝的研究（包括釬料類型、釬焊溫度、釬焊時間、釬焊的加熱方式）；③釬焊金剛石工具的磨削實驗的過程研究（包括對磨削力和能量，金剛石的磨損研究以及工具修整的研究）。但對感應(yīng)加熱過程基體上溫度分布卻鮮有報道，而這恰恰是提高釬焊料層均勻性、控制磨粒等高性的重要因素之一[5]~[10]。
2.2感應(yīng)加熱數(shù)值模擬的發(fā)展?fàn)顩r
感應(yīng)加熱本身是一個復(fù)雜的物理過程，它涉及電、磁、熱、相變、力學(xué)等方面的綜合知識，至今仍無一個完整的耦合理論可以用數(shù)學(xué)方法來精確耦合該物理過程。
下面就國內(nèi)外學(xué)者在感應(yīng)加熱電磁場、溫度場數(shù)值模擬計算方面所做的工作做一簡要介紹：
北京機電研究所利用ANSYS對厚壁筒形工件連續(xù)感應(yīng)加熱處理進行了有限元模擬[11]。計算了熱處理過程中工件的溫度變化和加熱功率變化，并預(yù)測淬火時的組織轉(zhuǎn)變。但是并沒有考慮工件導(dǎo)熱過程中的對流和輻射熱損失，由于采用導(dǎo)體橫截面的建模方式，最終忽略了工件軸向的熱傳導(dǎo)，在對工件移動的處理上也并沒有得到很好的實現(xiàn)。
華中科技大學(xué)的李海江等[12]應(yīng)用物理環(huán)境順序耦合分析法對電磁感應(yīng)加熱進行了有限元模擬，其模擬用材料為A356非枝晶半固態(tài)鋁合金，得到了頻率、加熱時間、線圈電流強度系數(shù)、坯料尺寸半徑、線圈尺寸大小對加熱溫度的影響。
上海大學(xué)的張恒華等[13]對A356非枝晶坯料在不同的感應(yīng)加熱條件下的溫度場進行了有限元模擬，應(yīng)用有限元法對尺寸不同的鋁合金試樣的實際感應(yīng)溫度及其分布進行模擬，在模擬過程中，考慮了材料物理參數(shù)隨溫度的變化和感應(yīng)加熱時的鄰近效應(yīng)，對感應(yīng)加熱線圈和試樣進行了合理簡化。
河北工業(yè)大學(xué)的楊曉光等[14]對連續(xù)運動薄板橫向磁通感應(yīng)加熱耦合場的分析方法進行了研究，提出了一個新方法：通過沿薄板運動反方向以單元格的形式平移薄板中的熱源來取代薄板的連續(xù)運動，使溫度場每次計算可以采用相同的熱源分布，無需重新計算渦流場，大大減少了橫向磁通感應(yīng)加熱耦合場數(shù)值仿真的時間。這種思路適合于熱源分布不變的情況，對于熱源發(fā)生變化的情況顯然不合適。
此外，國內(nèi)研究感應(yīng)淬火多是僅分析單個物理場，特別是電磁場和熱場的耦合研究較少。如郭景杰[15]僅僅基于感應(yīng)電流的分布式及電流透入深度計算式，粗略地推導(dǎo)了可用于數(shù)值模擬的感應(yīng)加熱功率密度沿半徑方向的分布關(guān)系，實際上是跳過了電磁場直接計算溫度場。鄢波[16]利用ANSYS/Thermal軟件來模擬溫度場，模型中采用了設(shè)備實際測得的連桿表面功率密度值，并根據(jù)感應(yīng)加熱的集膚效應(yīng)原理，直接建立了熱傳導(dǎo)模型，繞開了計算感應(yīng)電磁場和耦合溫度場所不可避免的由于居里點而產(chǎn)生的非線性問題。
美國普渡大學(xué)的學(xué)者WANG KF[17]等在其《移動感應(yīng)加熱有限元模擬》中，給出了兩種典型的感應(yīng)加熱有限元模擬計算的方法。一種是單匝圓線圈沿?zé)o限長圓柱工件移動感應(yīng)加熱。對于這種感應(yīng)加熱，作者設(shè)計了一種新的重新劃分網(wǎng)格的有限元程序。在這個程序中，磁場被一種新式的網(wǎng)格所模擬，這種網(wǎng)格追隨著移動線圈的位置，材料的內(nèi)熱源隨之移動并由磁場分布導(dǎo)出。熱傳導(dǎo)方程的求解得出了由內(nèi)熱源而產(chǎn)生的溫度場。這一程序被用于計算1080鋼柱體感應(yīng)加熱的溫度分布，計算結(jié)果通過與格林方程方法得到的解析解比較而得到修正。另一種是線圈和工件相對靜止，有限長的螺旋線圈加熱等長的坯料，計算了坯料加熱淬火后的殘余應(yīng)力分布和相組成分布。
加拿大的Karol Aniserowicz 等[18]對鋼管的電磁感應(yīng)加熱進行了模擬，得到了鋼管溫度場的分布，但在分析過程中沒有考慮坯料的運動以及端部磁力線逸散的影響，同時認為坯料表面的材料是絕緣的，忽略了坯料表面的輻射和對流。
Chaboudez C[19]應(yīng)用復(fù)矢 ……（未完，全文共6006字，當(dāng)前僅顯示2109字，請閱讀下面提示信息。收藏《論文開題報告：基于UG的銑槽式空心葉片有限元分析》）