【毕业设计】钛合金薄壁结构件磨削加工残余应力有限元仿真 开题报告
钛合金切削加工中的切削力和剩余应力分析
钛合金切削加工中的切削力和剩余应力分析钛合金是一种重要的金属材料，具有重量轻、高强度和耐腐蚀性等优良特性，因此在航空航天、汽车、医疗器械等领域得到广泛应用。
而在钛合金切削加工过程中，切削力和剩余应力分析是非常重要的一个方面，对于切削加工的稳定性和工件质量有着直接的影响。
切削力是指在切削过程中所受到的力的大小和方向。
钛合金的高强度和耐腐蚀性使得其在切削过程中很难形成流畅的切削屑，因此会导致切削力的增大。
此外，钛合金的高热导和低热扩展系数使得切削过程中产生的热量不易散发，进而导致切削温度升高，使钛合金软化，刀具很容易磨损。
因此，准确分析和测量切削力对于切削加工过程的优化至关重要。
切削力的分析可以通过试验和仿真两种方法来实现。
试验方法是将工件固定在切削设备上，通过测力传感器来记录切削过程中所受到的力的大小和方向。
而仿真方法则是通过数值模拟的方式，基于切削力公式和钛合金的性质参数，计算和预测切削过程中所产生的力。
剩余应力是指在切削过程中形成的残余应力。
切削工具在切削过程中对钛合金的材料进行去除，使得其内部产生了应力的重新分布。
剩余应力的存在可能会导致工件的变形、裂纹和材料的疲劳性能下降等问题。
剩余应力的分析同样可以通过试验和仿真方法来实现。
试验方法一般采用衍射仪、X射线衍射仪和应变计等设备来测量工件表面和内部的应力分布情况。
而仿真方法则是通过有限元分析等数值模拟技术，结合钛合金的物理性质和切削参数，计算和预测切削过程中剩余应力的生成和分布。
对于钛合金切削加工中的切削力和剩余应力的分析，可以帮助我们优化切削过程，提高工件的加工质量和效率。
通过对切削力的准确测量和分析，可以选择合适的切削条件和刀具材料，以降低工具磨损和延长刀具寿命。
同时，对剩余应力的分析可以用来预测和控制工件变形和材料疲劳性能，确保加工后的零件具有良好的稳定性和可靠性。
在实际应用中，切削力和剩余应力的分析需要综合考虑切削参数、切削速度、切削深度等因素对切削过程的影响。
TC4钛合金切削过程的有限元模拟
TC4钛合金切削过程的有限元模拟钛合金是一种具有优良性能的金属材料，广泛应用于航空航天、船舶制造、医疗器械等领域。
然而，由于其高强度和难切削的特性，钛合金切削过程中常常面临着刀具磨损、切削力过大、表面质量差等问题。
因此，利用有限元模拟方法对钛合金切削过程进行研究具有重要意义。
钛合金切削过程的有限元模拟可以分为三个主要步骤：建立模型、定义材料属性和切削条件、进行仿真分析。
首先，建立模型是有限元模拟的首要任务。
通常情况下，可以采用三维固体模型来描述钛合金工件。
在建立模型时，需要考虑切削区域的几何形状和切削刀具的位置。
此外，还需要注意钛合金的非线性行为和切削过程中材料去除的位置、方向等因素。
其次，定义材料属性和切削条件是模拟分析的基础。
钛合金的材料属性包括弹性模量、屈服强度、切削硬化指数等。
这些参数需要通过实验或文献数据进行获取，并在模型中进行设定。
切削条件包括切削速度、切削深度和进给率等，这些参数直接影响切削力和刀具磨损。
最后，进行仿真分析是利用有限元模拟方法得出钛合金切削过程中的关键信息。
主要包括切削力、温度分布和变形等。
切削力是评估切削过程中刀具负荷的重要指标，可以用来评估加工性能和刀具寿命。
温度分布可以用来评估加工过程中材料热变形、刀具磨损和冷却效果等。
变形分析可以提供切削过程中工件形状和表面质量的信息。
在实际应用中，钛合金切削过程的有限元模拟可以帮助优化刀具设计、切削参数选择和冷却系统设计。
通过调整切削条件和改进刀具形状，可以降低切削力、提高表面质量，从而提高加工效率和降低成本。
总之，钛合金切削过程的有限元模拟是一种有效的工具，可以帮助优化加工过程和提高产品质量。
随着材料科学、数值计算和计算机技术的不断进步，钛合金切削过程的有限元模拟将在未来发挥更大的作用。
高速切削TC4钛合金表面残余应力的有限元分析
2012年切削先进技术研究会（东北区）学术、技术会议*脚注高速切削TC4钛合金表面残余应力的有限元分析姜增辉1王晓亮2（1 沈阳理工大学机械工程学院，辽宁沈阳110159）（2 沈阳理工大学机械工程学院，辽宁沈阳110159）关键词：TC4钛合金表面残余应力高速切削有限元分析一、研究背景TC4（Ti6Al4V）钛合金以其优良的组织和力学性能在航空、航天工业得到了广泛应用，由于很多零件为薄壁件，已加工表面残余应力的状态对零件使用的安全性和寿命有着重要影响。
二、实验条件与方法本文利用商业切削仿真软件建立了高速切削TC4钛合金的三维有限元模型（如图1），研究了刀具（YG8）几何角度对已加工表面残余应力分布的影响。
在所建立的的仿真几何模型的工件中某一处沿深度方向发射一个X射线探测柱（如图2所示），提取线柱内节点单元的残余应力数据，便可以计算出不同深度时工件表面残余应力的分布情况。
图1 三维切削几何模型图2 软件提取工件表面残余应力原理图3 残余应力沿着深度方向的分布情况在切削速度ν=140m/min；切削深度a p=1mm；进给量f=0.15mm；刀具前角γ0=5°；刀具后角α0=5°；刃口半径r=0.03mm条件下进行仿真，研究了TC4已加工表面残余应力沿着深度方向的分布情况（如图3所示）。
在切削速度ν=140m/min；切削深度a p=1mm；进给量f =0.15mm的切削条件下，分别改变刀具的前角γ0（γ0分别为0°、5°、8°、10°、15°）；后角α0（α0分别为5°、10、12°、15°、20°）；刃口半径r（r 分别为0.03mm、0.04mm、0.05mm、0.06mm）研究了残余应力最大值的分布情况（如图4所示）。
三、实验结果及结论1、仿真曲线图：图4 刀具前角、后角、刀尖刃口半径对残余压应力最大值影响曲线2、结论：（1）已加工表面里层产生了残余拉应力，而在其表层产生残余压应力。
【开题报告】Ti6Al4V切削过程有限元分析
开题报告机械设计制造及其自动化Ti6Al4V切削过程有限元分析一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义1.[国内外研究动态]近几十年随着钛合金的广泛应用，国内外在钛合金切削加工领域进行了大量的研究工作，并取得了一系列的进展。
在切削性能和表面完整性方面，E.O.Ezugwua等人研究了不同刀具不同切削条件下切削钛合金工件的表面质量。
研究发现，采用CBN刀具加工钛合金，已加工表面粗糙度比未涂层的硬质合金的要低，工件表面质量较好。
Wang等人采用未涂层细晶粒和普通晶粒硬质合金刀片连续和断续在传统速度和高速下切削钛合金。
在他们的研究中，细晶粒硬质合金刀具材料有着较高的抗磨损性，适合于断续切削钛合金。
C.H.che-Haron研究了硬质合金刀具在不同切削速度下切削钛合金的工件表面完整性。
研究发现，在干切削条件下，切削时间较长时，加工表面会出现一些撕裂和塑性变形。
并且表面加工硬化也很严重。
在刀具磨损和刀具寿命方面，满忠雷等人在干切削和氮气介质下用硬质合金低速（v=30-60m/min）铣削钛合金，证明在氮气介质中刀具的磨损要比干切削时的磨损要小，刀具寿命提高一倍；在氮气介质下切削钛合金时刀具的磨损形式主要有机械磨损、粘结磨损、氧化磨损、扩散磨损烧伤、剥落、微观裂纹。
马光峰等铣削BT20钛合金材料，通过电镜扫描分析刀具的磨损主要是前刀面的月牙洼磨损，后刀面的粘结磨损和化学磨损，以及边界磨损。
Jiang和Shivpuri发现在用硬质合金刀具加工钛合金时，月牙洼磨损是影响刀具寿命和生产率的的主要磨损形态。
他们把月牙洼磨损率与在切削热作用下钴元素从刀具扩散到钛合金切削中联系起来，建立了包括热传导-扩散过程的刀具磨损模型，还建立了切削过程中刀削接触面非等温条件下的粘塑性有限元模型。
在冷却液等切削介质的影响方面，E.O.Ezugwua等人研究发现在低速下，切削区域温度相对较低，冷却液的效果相当明显，有润滑、减小摩擦系数、降低切削力和刀具磨损率的作用。
钛合金焊接薄板残余应力有限元数值分析
确定材料的热物理
’1 ( 为了了解焊接结构中残余应力的大小和 接头强度和韧性下降 参数 定义边界条件和区域离散化 焊缝金属和母材的热物理性 � �
� � � 比 ! 屈服应力 " " 应变硬化 模量 # 均 相同 随温度变 化的力学 表 2 焊接工艺参数
焊接 焊丝尺寸 氩气导入量 坡口 焊接 焊接 焊接速度 � 性能参数如表 = 所示 层数 H0 0 H0 A 0 :9 51 形式 电压H 7 电流H) H0 0 0:9 51 表 ’ #$ 1% 钛合金热力学性能参数 � 1 -/5 1/6 10 1= =5)7 型 1= 16 110 1-0 1-0 1=0 温度 $ H * 弹性模量 & H >NO 屈服应力 " "HC NO 应变硬化模量 #H >NO 注 焊丝由 .) - 板材裁制 -0 116G0 6M0 -G10 -00 105G0 750 -G05 =00 6MG0 560 1GM0 500 6-G0 =M0 1G50 600 66G0 3 =0 1G00 600 3 5G0 100 0G60 1 000 3 G0 50 0G10 由于对焊 接头的几何对称性 从焊缝中心开始取其一侧作 1 500 0G6 5 0G01
2 有限元模型
收稿日期 � 00 5- 10- 1 3 修回日期 � 00 6 - 03 - 15 � 作者简介 � 徐建新 � ( 67- ) 男 江苏苏州人 教授 博士 研究 向为结构细节应力分析 飞机结构疲劳强度和复合材料结构力学等 .
磨削热应力数值仿真与磨削表面变质层实验研究的开题报告
磨削热应力数值仿真与磨削表面变质层实验研究的开题报告一、研究背景和意义磨削是一种常见的金属加工方法，常常用于制造高精度零件。
磨削是通过磨削轮与工件直接接触产生的热源对工件表面进行磨削，从而达到加工目的。
然而，这种过程中由于磨削表面与刀具接触的高温以及机械磨削力和磨削颗粒在工件表面造成的变形和残余应力等因素，都会导致工件表面形成较深的热影响区和变质层，并且同时引起表面硬度和残余应力的改变。
热应力是指由于温度差异导致的力的变化，热应力的出现既可能是有益的，也可能是有害的。
在工程上，超过一定热应力临界值将会导致破坏。
因此，研究磨削热应力对材料性能的影响，对于实际加工中的品质保证和材料的应用具有重要的意义。
二、研究内容和目标本文将通过计算机模拟和实验探讨磨削热应力对工件表面硬度和残余应力的影响。
具体研究内容如下：1. 建立一维热传导模型和二维有限元模型，模拟磨削过程中的热应力。
2. 应用建立的模型，研究磨削加工参数对表面变质层深度和硬度的影响。
3. 对研究结果进行实验验证，比较模拟结果和实验结果的差距以及磨削过程中的变化。
三、研究方法1. 建立热传导模型首先，建立一维热传导模型，通过计算磨削过程中磨料与工件接触区域的温度分布和导热系数对表面的热应力进行建模仿真。
其次，建立二维的有限元模型，通过计算机模拟磨料与工件接触区域的温度分布和导热系数对表面硬度和残余应力进行分析。
2. 磨削实验选取相应材料进行磨削实验，通过变质层深度、硬度变化及残余应力的测量，将实验结果与模拟结果进行对比以验证模型的准确性。
四、研究计划和进度安排1. 前期工作（1个月）(1) 查找资料，熟悉并掌握磨削过程中的热应力和热传导方程。
(2) 搜集相关材料的热物性参数和力学性能参数。
2. 中期工作（3个月）(1) 建立热传导和有限元模型，并进行仿真计算。
(2) 对计算结果进行分析和讨论，确定影响热应力和硬度变化的主要因素。
(3) 对模型的准确性进行验证。
TC4钛合金铣削过程预测和表面质量分析的开题报告
TC4钛合金铣削过程预测和表面质量分析的开题报告一、选题背景随着航空、航天、能源等行业快速发展，新材料的需求量也随之增加。
钛合金作为一种优良的航空航天材料，在航空工业、汽车制造、医疗器械制造等领域得到广泛应用。
而钛合金的切削加工一直是加工难点，其高温硬度、切削强度等特点使得钛合金材料极易磨损刀具、造成表面质量问题，降低零件质量。
因此，对钛合金铣削过程的预测和表面质量分析具有重要意义。
如果能够准确预测钛合金铣削过程中刀具与工件的接触区域、产生的力和温度等关键参数，就可以优化铣削工艺参数，有效减少刀具磨损和加工表面质量问题。
同时，表面质量分析可以为优化铣削工艺提供重要的参考，提高加工效率和零件质量。
二、研究内容本研究拟围绕钛合金铣削过程预测和表面质量分析展开工作，具体包括以下内容：1. 钛合金铣削过程仿真模型建立。
以钛合金为实验材料，建立其铣削过程的数学模型，并利用ANSYS等有限元分析软件进行仿真。
2. 钛合金铣削过程参数预测和优化。
基于仿真模型，预测钛合金铣削过程中的主要切削参数，包括切削力、切削温度、刀具磨损等，进而优化铣削参数，减少刀具磨损和加工表面质量问题。
3. 钛合金铣削表面质量分析。
根据铣削加工表面情况，采用一定的表面评价指标和方法进行表面质量分析，建立表面质量模型，为优化铣削工艺提供参考。
4. 实验验证。
以钛合金为研究对象，进行铣削加工实验，对仿真预测结果和表面质量分析进行实验验证，完善仿真模型和表面质量模型。
三、研究意义本研究旨在预测钛合金铣削过程中的关键参数，优化铣削工艺参数，提高零件加工表面质量，具有重要的现实意义和应用价值。
同时，本研究可为钛合金等难加工材料的铣削加工提供参考，对航空、航天、能源等领域的发展具有积极意义。
钛合金切削加工表面残余应力有限元仿真
钛合金切削加工表面残余应力有限元仿真
刘文文; 刘长毅
【期刊名称】《《机械设计与制造工程》》
【年(卷),期】2012(041)003
【摘要】采用Johnson-Cook失效准则,建立了钛合金的二维正交切削热-机械应力耦合有限元仿真模型,分析计算了不同切削条件下已加工表面残余应力的分布规律。
结果表明:已加工表面层残余应力为拉应力,沿着深度方向由拉应力逐渐过渡到压应力。
表面残余应力随着切削速度的增大而增大,在一定的前角变化范围内,随着刀具前角的增大,表面残余拉应力先增大后减小,而随着刀具后角的增大却减小。
各加工参数对残余应力层的厚度影响都很小。
【总页数】4页(P39-42)
【作者】刘文文; 刘长毅
【作者单位】南京航空航天大学机电学院江苏南京210016
【正文语种】中文
【中图分类】TG501
【相关文献】
1.预应力切削加工TC4钛合金表面残余应力的有限元模拟 [J], 徐建建;耿国盛;李国红;冯晶晶
2.钛及钛合金加工切削力的有限元仿真计算 [J], 夏毅锐;韩莉;孙海霞
3.钛合金切削加工表面残余应力有限元仿真 [J], 刘文文;刘长毅
4.钛合金铣削加工表面残余应力有限元仿真 [J], 黄尧; 牛雪梅; 闫献国; 陈峙; 郭宏;
苏杭; 白旭
5.切削用量对立铣加工钛合金Ti6Al4V切削力和切削温度影响规律的有限元仿真研究 [J], 刘迎春;林琪;庞继有;刘战强
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
【毕业设计】钛合金薄壁结构件磨削加工残余应力有限元仿真开题报告
【毕业设计】钛合金薄壁结构件磨削加工残余应力有限元仿真开题报告天津职业技术师范大学毕业设计开题报告钛合金薄壁结构件磨削加工残余应力有限元仿真2013年1月 7日毕业设计开题报告一、研究目的、意义综合考虑工件与刀具的材料、加工方法、加工条件等多种因素，定量和定性分析残余应力，广泛吸收现代数学、力学理论，并借助计算机找到工程需要的数值解。
因此仿真的应用不论是在技术还是经济层面都具有重要的意义。
综上，对于钛合金磨削加工后残余应力数值模拟的仿真，是进一步提高钛合金产品性能和寿命的有力研究途径。
二、研究内容（一）钛合金材料1、钛合金的性能钛的一个显著特点是耐腐蚀性强，这是钛对氧的亲合力特别大，能在其表面生成一层致密的氧化膜，可保护钛不受介质腐蚀。
金属钛在大多数水溶液中，都能在表面生成钝化氧化膜。
因此，钛在酸性、碱性、中性盐水溶液中和氧化性介质中具有很好的稳定性。
钛合金以此特性在化学工业、化肥工业、电力工业、造纸和纺织工业中都有着广泛的应用。
钛是化学工业中优良的抗腐蚀材料；是化肥工业中取代不锈钢材料盛放尿素、胺、胺基胛酸胺等高温高压混合液的新材料；是电力工业中用作为热交换器的冷却管的材料；是海水淡化装置和造船工业的理想材料；是纺织印染工业中漂白设备的重要材料；还是医疗和制药部门用作人造肢体和器官的材料。
钛合金的密度一般在4. 5g/cm3左右，仅为钢的60%,纯钛的强度接近普通钢的强度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。
因此钛合金的比强度（强度/密度）远大于其他金属结构材料，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零、部件。
在飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。
使用温度比铝合金高几百度，在中等温度下仍能保持所要求的强度，可在450-500 *C的温度下长期工作这两类钛合金在150・C-500・C范围内仍有很高的比强度，而铝合金在1509时比强度明显下降。
钛合金的工作温度可达5009,铝合金则在200°C以下。
基于有限元方法的切削加工过程动态物理仿真关键技术研究的开题报告
基于有限元方法的切削加工过程动态物理仿真关键技术研究的开题报告一、选题背景当前，随着制造业的发展和对质量、效率的要求不断提高，高效、精准的切削加工技术越来越受到关注。
而动态物理仿真技术已被广泛应用于切削加工的研究和设计中，以提高加工质量和减少成本和时间。
有限元方法（FEM）作为一种常用的数值分析方法，可以用于计算和分析复杂的材料和结构的力学问题。
因此，在通过FEM进行切削加工过程动态物理仿真中，有关键技术需要研究和优化。
二、研究目的本论文主要研究基于有限元方法的切削加工过程动态物理仿真关键技术，旨在提高切削加工过程的稳定性和精度，并优化加工质量和减少成本和时间。
三、研究内容1. 切削加工过程物理仿真的基本原理和方法：介绍切削加工过程的基本原理和流程，并重点介绍有限元法的基本原理和计算方法，以及切削力模型和精度模型的建立和仿真技术。
2. 切削工具及材料力学特性分析：研究已有的人工研磨的工具和商业购买的先进工具的不同力学特性，建立适用于不同工具和材料的力学模型。
并通过实验评估和仿真分析进行验证和调整。
3. 切削加工过程动态物理仿真的算法研究与设计：通过有限元方法对切割过程进行动态仿真，建立精细的切割模型和相应的算法模型，模拟切削力、切削温度、材料去除率、表面粗糙度等关键指标的动态变化，以实现准确的仿真效果。
4. 实验研究与数据分析：通过实验研究，对动态物理仿真的技术进行验证和评估，并对仿真结果进行数据分析和处理，以确定动态仿真的准确度和可靠性。
四、研究意义本论文主要对基于有限元方法的切削加工过程动态物理仿真关键技术进行深入研究，可以帮助实现切削加工过程的模拟和优化，减少包括材料、时间和人力在内的成本，同时提高加工质量和效率，为制造业的繁荣和发展做出贡献。
薄壁零件高速铣削工艺与仿真研究的开题报告
薄壁零件高速铣削工艺与仿真研究的开题报告一、研究背景薄壁零件广泛应用于汽车、航空、航天、电子等各个工业领域，对用料节约、重量降低、结构复杂性增强、制造过程提高效率等方面都有着非常显著的作用。
薄壁结构的复杂性和脆弱性使得其在加工过程中容易出现割裂、变形等质量问题，而高速铣削作为一种高效的加工技术，能够有效地解决这些问题，提高加工质量和工艺效率。
因此，对于薄壁零件的高速铣削技术的研究和优化有着非常重要的意义。
二、研究内容和目的本研究旨在对薄壁零件高速铣削工艺进行深入的研究和优化，并通过仿真分析来验证优化效果。
具体研究内容如下：1. 基于薄壁零件的特点，对高速铣削过程中的刀具路径进行设计和优化，以降低零件变形和表面质量。
2. 采用数值仿真的方法，对不同刀具路径的加工过程进行模拟和优化，以验证各种加工策略的优劣。
3. 通过实验验证仿真结果的准确性和可靠性，优化高速铣削工艺参数，提高加工效率和加工质量。
通过以上研究，旨在构建一个完整的薄壁零件高速铣削工艺流程和优化模型，为薄壁零件的高效加工提供有效的技术支撑和理论指导。
三、研究方法和步骤1. 针对薄壁零件的特点，设计合适的高速铣削刀具路径，以降低零件表面质量和变形。
2. 建立高速铣削工艺数值模拟模型，通过仿真分析不同刀具路径的加工过程，验证优化效果。
3. 对模拟结果进行实验验证，比较模拟结果与实验结果的偏差情况，根据实验数据优化模拟模型，确保模拟结果的准确性和可靠性。
4. 通过实验和仿真，结合实际加工情况，优化高速铣削工艺参数。
5. 对优化后的高速铣削工艺进行评价和验证，比较不同工艺参数的加工效率和加工质量。
四、预期成果1. 建立薄壁零件高速铣削工艺优化模型，提供工艺调整和优化依据。
2. 建立薄壁零件高速铣削仿真模型，为优化工艺提供可靠的理论支持。
3. 优化高速铣削工艺参数，提高薄壁零件的加工效率和加工质量，降低生产成本，提高经济效益。
五、研究的创新点1. 针对薄壁零件特点，设计适合的高速铣削刀具路径，提高加工质量和效率。
钛合金-开题报告
LOGO报告人：李永亮导师：林建国教授专业：材料科学与工程主要内容一.选题背景二.研究内容三.已完成工作四.下一步工作五.致谢室温-花苞加热-绽放冷至室温-花苞再次加热-绽放用形状记忆合金制成的花苞受温度影响后的变化情况引例：一. 选题背景拥有“大脑”的合金Yes, I can alsoremember对温度变化做出反应——微观组织相变对外界环境刺激做出反应——神经元[1] 金万军. 生物医用Ti-Ta 基合金的形状记忆效应和力学性能的研究[D]. 厦门：厦门大学, 2009[2] 徐祖耀. 形状记忆材料[M]. 上海: 上海交通大学出版社, 2000形状记忆合金(Shape Memory Alloy, SMA)特点：1、形状记忆效果（Shape Memory Effect ，简称SME ）：具有热弹性或应力诱导马氏体相变特征的材料在进行一定限度的变形后，经随后的加热到一定温度时，材料能完全、部分恢复到变形前的形状和体积的现象。
2、超弹性（Superelasticity ，简称SE ）：材料在外力作用下产生远超过弹性极限应变量的应变，而且卸载时应变可恢复到原来状态的现象。
本质：应用范围：航空航天、生物医疗、机械电子、汽车工业和日常生活等多个领域。
β奥氏体α马氏体降温/应变升温1.1 SMA医学应用和发展趋势1. 形状记忆效应SME(a)预压缩(b)受热扩张后(c)植入腔道内效果2. 超(伪)弹性SE应变诱导马氏体相变产生的超弹性行为使合金具有比普通刚性材料更低的弹性模量！特别是钛合金具有远低于不锈钢的弹性模量。
1.1 SMA医学应用和发展趋势神奇的SME效果和优异的SE行为使钛合金作为仿生材料在医学应用中发挥了巨大作用——仿生材料制成的人体替换组织不依赖于器官的活体国策“十二五”重大科技专项——重点加强生物医用钛合金工程材料的研究开发和产业化发展。
1.1 SMA 医学应用和发展趋势国计民生人民健康科技健康人口增长及老龄化加速带来的心脑血管疾病和骨科疾病剧增；医疗水平的提高对新仿生材料提出更高的要求。
车削加工钛合金过程的有限元模拟金属加工等专业毕业设计毕业论文
车削加工钛合金过程的有限元模拟摘要改革开放以来，由于生产技术的不断提高，各种材料得到了充分利用，特别是钛合金的开发利用，正越来越多的应用在生产生活的各个方面。
但由于其特殊的材料性能使其加工效率比较低下，加工成本较大。
因此研究钛合金的切削性能，提高加工效率具有重要的意义。
本文对钛合金的切削性能进行了研究。
金属切削过程是一个十分复杂的过程，切削工艺主要是通过刀具在材料表面切除多余的材料层来获得理想的工件形状、尺寸以及表面光洁度的机械加工方法。
切削过程的建模和仿真在改进切削刀具的设计和优化切削参数方面有很大的发展潜力。
有限元法逐渐成为切削过程的研究和仿真的一种有效手段。
本文的目的之一就是建立一个切削过程仿真的有限元模型，预报切削力和切削温度。
在预先收集工件流动应力数据和在高应变率和高温下的摩擦系数的基础上，利用有限元软件DEFORM-3D仿真切削过程。
分析了切削过程中切削温度的变化规律。
关键词：车削，钛合金，有限元，DEFROM-3DFinite Element Simulation of Turning Titanium AlloyProcessABSTRACTSince the reform and opening, due to production technology unceasing enhancement, All kinds of materials especially the most use of exploitation and utilization of titanium alloy, got fully used, and is increasingly being used in the production of all aspects of life．However，because of its unique material properties，we can not get better processing efficiency and lower processing costs. Therefore，it’s of great significance to study machinability of titanium alloys for improve the processing efficiency．In this paper, the cutting performance of the titanium have been researching. Metal-cutting process is a very complex process. Turning operations are performed to modify shape, dimension, and surface roughness of a workpiece cutting away from it several layers of material. Modeling and simulation of cutting processes have the potential for improving tool designs and selecting optimum conditions．Finite element method is becoming one of method to research and simulate the curing processes．The one objective of this study was to develop a FEM model for simulating the cutting process in turning and predict curing forces and temperatures using finite element analysis．On the basis of pre-data collection of the workpiece flow stress and high strain rate and high temperature friction coefficient, Simulation of cutting process is set up by using of finite element software DEFORM-3D. Analyze the cutting temperature changes of the cutting process.KEY WORDS: Turning , Titanium Alloy, Finite element, DEFROM-3D目录前言 (1)第1章钛合金的性能及应用 (4)1.1 钛合金的化学性能 (4)1.2 钛合金的切削特点 (6)1.3 钛合金的应用现状 (7)第2章车削钛合金实验结果分析 (9)2.1 实验相关材料 (9)2.1.1 工件材料 (9)2.1.2 刀具材料 (9)2.2 实验方案 (9)2.3 实验结果及分析 (10)2.3.1实验结果 (11)2.3.2 结果分析 (12)第3章钛合金车削有限元仿真 (15)3.1 有限元分析方法过程 (15)3.2有限元软件DEFORM-3D介绍 (15)3.3 DEFORM-3D中应用加工向导模块进行车削仿真的基本步骤 (17)3.4 DEFORM-3D中切削加工过程有限元模型建立的主要注意点 (18)3.4.1 网格划分的设置 (18)3.4.2 切屑的分离标准设定 (19)3.4.3 材料模型的建立 (20)3.4.4 速度边界条件的确定 (20)3.4.5 时间步长的确定 (20)第4章仿真分析 (22)4.1 概述 (22)4.2 不同切削条件下的切削力仿真 (22)4.3 不同切削条件下的切削温度仿真 (25)4.4切削力的仿真结果与实验结果的对比 (27)第5章车床主轴箱及夹具设计 (29)5.1 车床主轴箱的设计 (29)5.1.1确定极限转速 (29)5.1.2确定公比 (29)5.1.3求出主轴转速级数 (29)5.1.4确定结构网和结构式 (29)5.1.5绘制转速图 (31)5.1.6确定公比齿轮齿数的确定 (33)5.1.7传动系统图的拟定 (34)5.2 夹具设计 (35)5.2.1 零件分析 (35)5.2.2 定位基准的选择 (36)5.2.3切削力和夹紧力的计算 (36)5.2.4定位误差分析 (37)结论 (38)谢辞 (39)参考文献 (40)外文资料翻译 (42)前言一、钛合金切削研究现状钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。
TC4钛合金冷挤压残余应力数值仿真研究
TC4钛合金冷挤压残余应力数值仿真研究摘要：随着我国航空飞行器在各种复杂载荷作用下的结构寿命备受考研，疲劳性能作为影响着结构寿命的关键因素，就显得尤为重要。
孔的冷挤压是一种广泛应用于工程实际中的疲劳强化方法，通过挤压获得残余应力来抵消交变载荷，用来提升结构的疲劳性能的强化方法。
因此，本文研究TC4钛合金冷挤压的有限元数值仿真，分析冷挤压过程中孔周围的应力应变分布情况，得到了挤压过程中应力的分布趋势，并形成最终残余应力场的过程。
关键词：钛合金；数值模拟；冷挤压；残余应力1 前言目前，飞行器中主要的承载部位均为钛合金材料，飞行器结构依靠大量的螺栓和铆钉等紧固件连接[1]。
而紧固件孔属于典型的应力集中区域，冷挤压强化技术能实现较大挤压量，有效的抑制强化区域疲劳裂纹的产生，适应性好，工艺简单，且工作效率高等优点，被广泛应用于飞行器机构的主要疲劳载荷部位[2]。
Yan[3]指出，经过冷挤压后，钛合金TC4开孔疲劳寿命提高了1.5-3.0倍；Liu[4]对2A12T4铝合金开孔冷挤压后的残余应力进行了测试，结果表明，直接冷胀工艺可提高疲劳寿命约6倍。
冷挤压技术通过引入残余应力，改善孔周边的应力集中状态，起到对飞机结构的疲劳强化作用。
随着计算技术和计算机硬件水平的迅速提高，数值仿真技术得到了快速发展，在很大程度上克服了实验方法成本高、耗时长的缺点。
J.T. Maximov 等[5]对带裂纹的孔使用球形芯棒挤压进行了 2D有限元仿真，发现挤压残余应力可以改变工作载荷的形式(通过研究孔周残余应力场)，或者将疲劳载荷降到最低值从而提高结构寿命。
Amrouche[6]进行了数值研究，得到了不同参数对膨胀程度的影响。
Achard V[7]通过数值和实验研究，模拟在相同方向和相反方向进行两次冷挤压的情况，证明双重膨胀可能对压缩场的均匀性产生非常积极的影响。
Bombardier Y[8]，开发了一种方法，通过研究高过盈配合衬套对残余应力的影响，来分析确定衬套安装对疲劳寿命的影响。
用有限元法预测焊接变形和残余应力的开题报告
用有限元法预测焊接变形和残余应力的开题报告
题目：用有限元法预测焊接变形和残余应力
摘要：随着现代制造业的发展，焊接技术在数控机床、航空航天、
汽车制造等领域都得到了广泛应用。
然而，焊接过程中产生的变形和残
余应力对于产品的质量、使用寿命和安全性都具有极大的影响。
因此，
为了预测并减少焊接变形和残余应力，需要采用精确的计算方法。
有限元法是目前预测焊接变形和残余应力最常用的计算方法之一。
它可以将焊接结构简化为许多小的有限元素，然后通过求解矩阵方程组
来得到焊接变形和残余应力的分布图。
该方法具有精度高、计算时间短、可重复性好等优点，已成为焊接工程师和研究人员进行分析和设计的重
要工具。
本课题的研究目的是：通过对有限元法在预测焊接变形和残余应力
方面的研究和分析，探讨该方法在实践中的应用和发展趋势，为焊接设
计工作提供可靠的理论支持。
具体研究内容包括：
1. 焊接变形和残余应力的基本概念和计算方法；
2. 有限元法的原理和建模步骤；
3. 实例研究，包括焊接板材、焊接接头等结构的变形和残余应力预测；
4. 焊接变形和残余应力的优化控制方法。
预期研究结果为：
1. 系统地介绍了焊接变形和残余应力的计算和控制方法，为提高焊
接结构的设计和制造水平提供了理论基础；
2. 探究了有限元法在预测焊接变形和残余应力方面的优势和局限性，为该方法的优化和改进提供了思路；
3. 提出了针对焊接变形和残余应力控制的方案和方法，为实际工程
应用提供了参考。
通过本研究，可以为相关学科领域人士提供一定的学习和参考价值，加强焊接工程的质量控制和实用性，推动焊接技术的发展。
开题报告-基于ABAQUS的切削过程刀具磨损仿真
的预测工作，使用 Deform2D 有限元软件，模拟了切削 AISI1045 钢时硬质合金刀 具的磨损情况，结果表明：以粘结磨损为机理建立的 Usui 模型能够较好地预测刀 具的磨损，但是刀具寿命预测值（后刀面磨损 VB）较试验值要低。分析认为，其 仿真模型中工件被设定为刚塑性体，这就忽略了材料回弹对后刀面磨损的影响， 导致后刀面与工件几乎没有接触，从而造成后刀面磨损计算值与试验值的差别较 大。如果后角稍大则后刀面几乎不存在磨损，这与实际刀具磨损规律不符。
①调研，查阅有关文献资料，清楚切削过程，并学习 ABAQUS 软件； ②根据切削过程和特点，分析切削过程有限元仿真模型的难点； ③在 ABAQUS 仿真软件中建立切削过程模型； ④进行切削过程仿真； ⑤对切削过程中刀具受力情况进行分析； ⑥根据主要任务详细安排论文进度。 五、论文提纲 第 1 章 摘要 第 2 章 金属切削理论和刀具磨损理论
2.国内状况
现有磨损模型可分为两个类型：第一种是切削参数、刀具寿命型，这样的泰 勒公式，第二个是切割过程中的变量通常是基于一个或若干磨损机制。这个模型 无力的，因为，一方面，磨损现象被建模为不连续的现象的时间而不是真实的情 况。在另一方面，它是在实施的的限制磨损机理，即磨损问题降低到 1 或 2 的磨 损机制。 磨损接触的现象说明了通过形成之间的关系微动系统碎片和摩擦中消 耗的能量。这个耗能是更加可控制在接触区中使用量方面。这种方法是实验性 的，一个摩擦磨损试验机，用于量化接触力的值，然后将能量耗散因摩擦以及与 它链接遗失的能量耗散在这个区域。随着计算机技术的迅速发展，有限元在工程 分析中的作用已从分析、校核扩展到优化设计并和计算机辅助设计技术相结合 正在逐步达到其性能的最佳化状态。21 世纪以来，随着计算机等技术的进一步发
TC4钛合金切削过程的有限元模拟
ห้องสมุดไป่ตู้
式中第一项描述了材料的应变强化效应，第二 项反映了流动应力随对数应变速率增加的关系，第 三项反映了流动应力随温度升高指数降低的关系。 Tm、 Tr 分别表示参考应变速率和参考温度， Tm 为材 料熔点。式中 A、B、n、C、m、D、k 是 7 个待定 参数；A、B、n 表征材料应变强化项系数；C 表征 材料应变速率强化项系数； m 表征材料热软化系数； t , m 分别为常温材料熔点。
图 2-1
2.创建工件模型，在弹出的如图 2-2所示的对 话框中，设定模型的名称为 Base，在建模空间选项 中选择 2DPlanar，类型选择 Deformable，基本特征 选择 Shell， 近似尺寸选择 0.01。 点击 Continue 进入 绘制草图步骤。
=
pl
pl pl
f
1.1 TC4 钛合金切削模型建立的假设 在实际加工钛合金的过程中，会有很多影响加 工过程的因素，这些因素多而且复杂，所以建立有 限元分析的过程非常复杂， 所以为了简化建模过程， 必须对其进行简化，本文中的有限元模型是建立在 以下基础之上的： (1) 刀具是刚体，足够坚硬和锋利，在切削过 程中不发生变形； (2) 被加工的材料是各向同性的，且加工过程 中不出现金相组织变化以及化学成分变化等； (3) 刀具宽度远大于切削宽度，切削过程按照 平面切削进行模拟； (4) 加工过程中不发生刀具及工件的振动。 1.2 TC4 的 Johnson-Cook 本构模型 材料的本构模型一般用于对材料的力学性质的 描述，表示材料在变形过程中的动态部分的响应。 当材料的微观组织结构确定时，变形速度、变形剧 烈程度及变形温度等将会非常明显地影响变形应 力， 所以材料本构模型用流动应力与应变、 应变率、 温度等变形参数之间的数学函数关系来进行表示。 建立材料的本构模型， 是进行材料塑性研究的基础， 同时对材料的加工工艺的制定具有较大的指导意 义。在现代塑性力学研究中，有限元分析是其基础 方法，因此材料流动应力的精准程度是影响分析准 确性的关键。在研究钛合金高速切削的过程中，我 们必须建立准确的材料的本构模型，这是我们进行 切削加工模拟的基础环节，因为只有明确了应力应 变随温度变化的关系，才能够抓住材料在切削加工 过程中塑性变形关系，由此才能在建立边界条件， 施加载荷之后，得到准确的仿真结果。 在对钛合金进行高速切削的过程中，工件会在 高温高压下发生大幅度的弹塑性变形，同时，因为 弹塑性变化过程非常迅速，因此应变、应力以及温 度变化的梯度很大，找到一个合适的能表示这个过 程的本构方程非常关键。现在常用的塑性材料本构 模 型 主 要 有 ： Bodner-Paton 、 Johnson-Cook 、 Follansbee-Kocks、Zerrilli-Armstrong 等模型，而只 有 Johnson-Cook 模型描述材料高应变速率下热粘 塑性变形行为[1]。 Johnson—Cook 模型认为材料在高
钛合金切削中切屑形态与残余应力的仿真与实验研究
钛合金切削中切屑形态与残余应力的仿真与实验研究
庄可佳;高金强;翁剑;张伟伟;周胜强
【期刊名称】《机械科学与技术》
【年(卷),期】2024(43)4
【摘要】钛合金作为航空工业的常用材料,其加工后的残余应力会严重影响到零件的使用寿命。
本文针对钛合金加工建立了基于CEL方法的仿真模型,并搭建正交实验平台测量切屑形态和残余应力来验证模型的有效性。
将所提模型与传统的拉格朗日方法和ALE方法进行比较,结果表明CEL方法虽然耗时较长但是预测结果更加准确并且不产生网格畸变,综合性能最优。
最后基于所提方法探究不同进给量和刃口半径影响下的切屑形态和加工表面残余应力。
结果表明,随着进给量和刃口半径的增大,切屑锯齿化程度和等效切屑厚度增大,表面残余应力随着进给量和刃口半径的增大变得更压。
【总页数】9页(P619-627)
【作者】庄可佳;高金强;翁剑;张伟伟;周胜强
【作者单位】武汉理工大学机电工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9;TG506
【相关文献】
1.超声辅助钛合金切削的表面残余应力数值仿真
2.钛合金铣削加工的切屑形态仿真及实验研究
3.钛合金切削加工表面残余应力有限元仿真
4.不同切削量下钛合金切屑形态研究
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
【毕业设计】钛合金薄壁结构件磨削加工残余应力有限元仿真开题报告
天津职业技术师范大学毕业设计开题报告
钛合金薄壁结构件磨削加工残余应力有限元仿真
系别：机械工程学院
班级：机自0901
学生姓名：韩捷
指导教师：霍文国
2013 年 1 月 7 日
毕业设计开题报告
综合考虑工件与刀具的材料、加工方法、加工条件等多种因素 ,定量和定性分析残余应力，广泛吸收现代数学、力学理论，并借助计算机找到工程需要的数值解。
因此仿真的应用不论是在技术还是经济层面都具有重要的意义。
综上，对于钛合金磨削加工后残余应力数值模拟的仿真，是进一步提高钛合金产品性能和寿命的有力研究途径。
二、研究内容
（一）钛合金材料
1、钛合金的性能
图1 钛合金图2 钛合金钛的一个显著特点是耐腐蚀性强，这是钛对氧的亲合力特别大，能在其表面生成一层致密的氧化膜，可保护钛不受介质腐蚀。
金属钛在大多数水溶液中，都能在表面生成钝化氧化膜。
因此，钛在酸性、碱性、中性盐水溶液中和氧化性介质中具有很好的稳定性。
钛合金以此特性在化学工业、化肥工业、电力工业、造纸和纺织工业中都有着广泛的应用。
钛是化学工业中优良的抗腐蚀材料；是化肥工业中取代不锈钢材料盛放尿素、胺、胺基胛酸胺等高温高压混合液的新材料；是电力工业中用作为热交换器的冷却管的材料；是海水淡化装置和造船工业的理想材料；是纺织印染工业中漂白设备的重要材料；还是医疗和制药部门用作人造肢体和器官的材料。
钛合金的密度一般在4.5g/cm3左右，仅为钢的60％，纯钛的强度接近普通钢的强度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。
因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零、部件。
在飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。
使用温度比铝合金高几百度，在中等温度下仍能保持所要求的强度，可在450-500℃的温度下长期工作这两类钛合金在150℃-500℃范围内仍有很高的比强
度，而铝合金在150℃时比强度明显下降。
钛合金的工作温度可达500℃，铝合金则在200℃以下。
钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。
但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差。
钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。
低温性能好，间隙元素极低的钛合金，如TA7,在-253℃下还能保持一定的塑性。
因此，钛合金也是一种重要的低温结构材料。
钛的化学活性大，与大气中O、N、H、CO、CO2、水蒸气、氨气等产生强烈的化学反应。
含碳量大于0.2％时，会在钛合金中形成硬质TiC；温度较高时，与N 作用也会形成TiN硬质表层；在600℃以上时，钛吸收氧形成硬度很高的硬化层；氢含量上升，也会形成脆化层。
吸收气体而产生的硬脆表层深度可达0.1-0.15mm，硬化程度为20％～30％。
钛的化学亲和性也大，易与摩擦表面产生粘附现象。
2、钛合金切削特点
图3 钛合金
钛合金的硬度大于HB350时切削加工特别困难，小于HB300时则容易出现粘刀现象，也难于切削[1]。
但钛合金的硬度只是难于切削加工的一个方面，关键在于钛合金本身化学、物理、力学性能间的综合对其切削加工性的影响。
钛合金有如下切削特点：(1)变形系数小：这是钛合金切削加工的显著特点，变形系数小于或接近于1。
切屑在前刀面上滑动摩擦的路程大大增大，加速刀具磨损。
(2)切削温度高：由于钛合金的导热系数很小(只相当于45号钢的1/5～1/7)，切屑与前刀面的接触长度极短，切削时产生的热不易传出，集中在切削区和切削刃附近的较小范围内，切削温度很高。
在相同的切削条件下，切削温度可比切削45号钢时高出一倍以上。
(3)单位面积上的切削力大：主切削力比切钢时约小20％，由于切屑与前刀面的接
触长度极短，单位接触面积上的切削力大大增加，容易造成崩刃[8]。
同时，由于钛合金的弹性模量小，加工时在径向力作用下容易产生弯曲变形，引起振动，加大刀具磨损并影响零件的精度。
因此，要求工艺系统应具有较好的刚性。
(4)冷硬现象严重：由于钛的化学活性大，在高的切削温度下，很容易吸收空气中的氧和氮形成硬而脆的外皮；同时切削过程中的塑性变形也会造成表面硬化。
冷硬现象不仅会降低零件的疲劳强度，而且能加剧刀具磨损[11]，是切削钛合金时的一个很重要特点。
(5)刀具易磨损：毛坯经过冲压、锻造、热轧等方法加工后，形成硬而脆的不均匀外皮，极易造成崩刃现象，使得切除硬皮成为钛合金加工中最困难的工序。
另外，由于钛合金对刀具材料的化学亲和性强，在切削温度高和单位面积上切削力大的条件下，刀具很容易产生粘结磨损[15]。
（二）磨削加工
图4 磨削加工
磨削加工是利用高速旋转的砂轮等磨具加工工件表面的切削加工。
磨削用于加工各种工件的内外圆柱面、圆锥面和平面,以及螺纹、齿轮和花键等特殊、复杂的成形表面。
由于磨粒的硬度很高,磨具具有自锐性,磨削可以用于加工各种材料，包括淬硬钢、高强度合金钢、硬质合金、玻璃、陶瓷和大理石等高硬度金属和非金属材料。
（三）残余应力
1、残余应力的分类
按产生原因可分为：热应力、相变应力、收缩应力(亦叫机械阻碍应力)。
按照残余应力平衡范围的不同，通常可分为三种：第一类内应力，又称宏观残余应力，它是由工件不同部分的宏观变形不均匀性引起的，故其应力平衡范围
四、研究内容
利用达索ABAQUS有限元数值分析软件对薄壁钛合金零件的磨削加工进行仿真。
要求建立相应的零件表层模型，建立有代表性的砂轮整体模型或部分模型，考虑计算量对分析过程的影响可简化建立切削刃的对应模型，先通过单颗或多颗磨粒的仿真定性分析钛合金的磨削加工过程，再细化、调整、优化相应刀具参数（如：磨粒的形状、大小、磨削前角、后角、刀尖角等），磨削加工参数（如：刀具转速、纵向进给量、横向进给量、刀具移动路径等），工作条件(如：加工温度，加工湿度，震动等)，从而由定性分析达到定量分析。
图5 Abaqus二维有限元切削模型
采用材料失效和单元删除模型实现切削过程的数值仿真，并通过沙漏控制和网格自适应技术对网格畸变进行控制，模拟出切屑形成和切削过程中的切削力、应力场、应变的变化情况。
力图找到残余应力在磨削过程中的产生原因，并通过改变切削参数，工件形状等加工要素着力提高工件表面磨削质量，增加工件使用寿命和可靠性。
最终找出磨削薄壁钛合金件时控制残余应力的有效方法，并形成相关理论或经验，以期为真实切削过程参考，并提高实践效率。
五、研究路线图
建立几何实生成有限元定义载荷、
后处理数控制生成的
得出实验结
求
撰写实验说
毕业设计开题报告。