點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本點擊添加文本鋁合金A357切削加工有限元模擬

DesignandResearchofGeneralTrajectoryCorrectorForanAircraft匯報人：張怡雯By：ABAQUS.1.2021/10/101abaqus商用仿真軟件中限元模型建立鋁合金A357切削加工有限元模型論文主要內(nèi)容模擬結果分析論文主要內(nèi)容123.2.2021/10/102論文主要內(nèi)容1.鋁合金A357切削加工有限元模型裝夾條件；切削參；

刀具的兒何參數(shù)；切削路徑影響因素忽略加工過程中，由于溫度變化引起的金相組織及其它的化學變化;被加工對象的材料是各向同性的；

刀具是剛體且鋒利，只考慮刀具的溫度傳導;不考慮刀具、工件的振動；假設條件.3.由于刀具和工件的切削厚度方向上，切削工程中層厚不變，所以按平面應變來模擬；2021/10/103論文主要內(nèi)容1.鋁合金A357切削加工有限元模型.4.1.1材料模型1.1.1A357的Johnson-Cook本構模型

材料本構模型用來描述材料的力學性質(zhì)，表征材料變形過程中的動態(tài)響應。在材料微觀組織結構一定的情況下，流動應力受到變形程度、變形速度、及變形溫度等因素的影響非常顯著。這些因素的任何變化都會引起流動應力較大的變動。因此材料本構模型一般表示為流動應力與應變、應變率、溫度等變形參數(shù)之間的數(shù)學函數(shù)關系。建立材料本構模型，無論是在制定合理的加工工藝方面，還是在金屬塑性變形理論的研究方面都是極其重要的。在以塑性有限元為代表的現(xiàn)代塑性加工力學中，材料的流動應力作為輸入時的重要參數(shù)，其精確度也是提高理論分析可靠度的關鍵。在本課題研究中，材料本構模型是切削加工數(shù)值模擬的必要前提，是預測零件銑削加工變形的重要基礎，只有建立了大變形情況下隨應變率和溫度變化的應力應變關系，才能夠準確描述材料在切削加工過程的塑性變形規(guī)律，繼而才能在確定的邊界條件和切削載荷下預測零件的變形大小及趨勢。2021/10/104論文主要內(nèi)容1.鋁合金A357切削加工有限元模型.4.1.1.1A357的Johnson-Cook本構模型在切削過程中，工件在高溫、大應變下發(fā)生彈塑性變形，被切削材料在刀具的作用下變成切屑時的時間很短，而且被切削層中各處的應變、應變速率和溫度并不均勻分布且梯度變化很大。因此能反映出應變、應變速率、溫度對材料的流動應力影響的本構方程，在切削仿真中極其關鍵。當前常用的塑性材料本構模型主要有：Bodner-Paton、Follansbee-Kocks、Johnson-Cook、Zerrilli-Armstrong等模型，而只有Johnson-Cook模型描述材料高應變速率下熱粘塑性變形行為。Johnson—Cook模型認為材料在高應變速率下表現(xiàn)為應變硬化、應變速率硬化和熱軟化效應，Johnson—Cook模型如下所示：式中第一項描述了材料的應變強化效應，第二項反映了流動應力隨對數(shù)應變速率增加的關系，第三項反映了流動應力隨溫度升高指數(shù)降低的關系。、Tr分別表示參考應變速率和參考溫度，Tm為材料熔點。式中A、B、n、C、m、D、k是7個待定參數(shù)；A、B、n表征材料應變強化項系數(shù)；C表征材料應變速率強化項系數(shù)；m表征材料熱軟化系數(shù)；,分別為常溫材料熔點。2021/10/105論文主要內(nèi)容1.鋁合金A357切削加工有限元模型.4.1.1.2材料失效準則

實現(xiàn)切屑從工件分離，本文采用的是剪切失效模型。剪切失效模型是基于等效塑性應變在積分點的值，當損傷參數(shù)達到1時，單元即失效，失效參數(shù)定義如下：

式中：為失效參數(shù)，為等效塑性應變初始值，為等效塑性應變增量，為失效應變。失效應變設定以來于以下幾個方面：依據(jù)塑性應變率，無量綱壓應力與偏應力之比p/q(p為壓應力，q為Mises應力),溫度，預定義域變量。這里采用Johnson—Cook模型定義失效應變。2021/10/106論文主要內(nèi)容1.鋁合金A357切削加工有限元模型.4.1.1.2材料失效準則

實現(xiàn)切屑從工件分離，本文采用的是剪切失效模型。剪切失效模型是基于等效塑性應變在積分點的值，當損傷參數(shù)達到1時，單元即失效，失效參數(shù)定義如下：

式中：為失效參數(shù)，為等效塑性應變初始值，為等效塑性應變增量，為失效應變。失效應變設定以來于以下幾個方面：依據(jù)塑性應變率，無量綱壓應力與偏應力之比p/q(p為壓應力，q為Mises應力),溫度，預定義域變量。這里采用Johnson—Cook模型定義失效應變。2021/10/107論文主要內(nèi)容1.鋁合金A357切削加工有限元模型.4.1.1.2材料失效準則

=式中：—為低于轉變溫度的條件下測得的實效常數(shù)。為參考應變率，為塑性應變率。由下式確定：是當前溫度，是熔點，是室溫。2021/10/108論文主要內(nèi)容1.鋁合金A357切削加工有限元模型.4.1.1.2材料失效準則

圖1.1中和為材料開始損傷時的屈服應力和等效塑性應變。是材料失效時即圖中D=1時的等效塑性應變。材料失效時的等效塑性應變依賴于單元的特征長度，不能作為描述材料損傷演化的準則。相反，材料損傷演化的準則又等效塑性位移或者斷裂耗散能量決定。2021/10/109論文主要內(nèi)容1.鋁合金A357切削加工有限元模型.4.1.1.2材料失效準則

當材料開始損傷破壞時，應力應變曲線已經(jīng)不能準確的描述材料的行為。繼續(xù)應用該應力應變曲線會導致應變集中，變化過于依賴建模時所畫的網(wǎng)格，以致當網(wǎng)格變密后耗散能量反而降低。Hillerborg能量失效法被提出用應力位移響應曲線來表征破壞過程減少了分析對網(wǎng)格的依賴性。利用脆性斷裂概念定義一個使單元破壞的能量Gf作為材料的參數(shù)。通過這種方法，損傷開始的軟化效應是一種應力位移響應而不是應力應變響應。破壞能量有下式表示：表達式中的為等效塑性位移，它描述了當損傷開始之后裂紋變化的屈服應力，在損傷開始之前=0.在損傷開始之后=L，L為與積分點相關的單元特征長度，單元特征長度的定義基于單元的集合形狀，平面單元長度為積分點區(qū)域面積的平方根，而立方體單元長度為積分點區(qū)域體積的立方根。2021/10/1010論文主要內(nèi)容1.鋁合金A357切削加工有限元模型.4.1.1.2材料失效準則

基于有效塑性位移定義損傷演化用Linear方法定義即如下圖所示：該準則使有效塑性位移達到=時，材料的剛度完全喪失，模型的失效網(wǎng)格被自動刪除，也就是材料此時發(fā)生斷裂，切屑開始形成。2021/10/1011論文主要內(nèi)容1.鋁合金A357切削加工有限元模型.4.1.1.3A357與刀具材料參數(shù)

A357鋁合金，密度ρ=2680Kg/m3,彈性模量E=79GP，泊松比μ=0.33其他參數(shù)如下表：2021/10/1012論文主要內(nèi)容1.鋁合金A357切削加工有限元模型.4.1.1.3A357與刀具材料參數(shù)

A357鋁合金，密度ρ=2680Kg/m3,彈性模量E=79GP，泊松比μ=0.33其他參數(shù)如下表：刀具使用的是硬質(zhì)合金，密度ρ=15000Kg/m3,彈性模量E=210GP，泊松比μ=0.22其其它參數(shù)如下表：2021/10/1013論文主要內(nèi)容1.鋁合金A357切削加工有限元模型.4.1.2摩擦模型

金屬切削過程中，刀具前刀面的摩擦狀態(tài)非常復雜，通常把前刀面得摩擦區(qū)分為粘結區(qū)和滑動區(qū)，粘結區(qū)的摩擦狀態(tài)與材料的臨界剪應力有關，滑動區(qū)可近似認為摩擦系數(shù)為常值可以用下式來表示：式中：為接觸面的滑動剪切應力；為摩擦系數(shù)；為接觸面上的壓力；為材料的臨界屈服壓力。2021/10/1014論文主要內(nèi)容1.鋁合金A357切削加工有限元模型.4.1.2.1質(zhì)量放大

2021/10/1015論文主要內(nèi)容

1.研究意義修正引信零件加工難度大；阻力環(huán)面積小，彈道修正能力受限制

修正模塊微型化技術限制；迫彈修正機構結構簡單，加工容易；經(jīng)濟性好；

位于尾翼；較大的彈道修正能力.5.2021/10/1016論文主要內(nèi)容

2.修正機構設計1.天線座2.GPS天線3.彈尾4.控制組件底座5.慣性開關6.DSP組件7.控制組件壓蓋8.GPS接收機9.電池2.1修正機構作用原理修正機構作用原理圖控制系統(tǒng)結構圖.6.2021/10/1017論文主要內(nèi)容

2.修正機構設計整體效果圖解鎖前解鎖后1.墊片2.螺釘3.阻尼片4.彈簧5.滑塊.7.2021/10/1018論文主要內(nèi)容

2.修正機構設計2.2發(fā)射強度校核基于修正彈發(fā)射的安全性，需進行發(fā)射強度校核，本文采用瞬態(tài)動力學數(shù)值方法進行強度校核。膛壓曲線圖模型剖視圖模型網(wǎng)格圖彈丸施加載荷圖.8.2021/10/1019論文主要內(nèi)容

2.修正機構設計總體等效應力云圖總體等效應變云圖

可以看出，彈體最大等效應力未超過材料的屈服強度，彈體等效應變量也較小，所以彈丸滿足強度要求。

.9.2021/10/1020論文主要內(nèi)容

2.修正機構設計2.3機構理論分析扭簧的工作轉矩為：

空氣阻力矩為：

阻尼片的轉動角速度：

從而有：

.10.2021/10/1021論文主要內(nèi)容

2.修正機構設計設y1=φ，y2=dφ/dt，則可得微分狀態(tài)方程：

張開角度隨時間變化

轉動角速度隨時間變化.11.2021/10/1022論文主要內(nèi)容

2.修正機構設計2.4樣機收星試驗

修正機構樣機及控制元件樣機收星試驗過程.12.2021/10/1023論文主要內(nèi)容

3.流場數(shù)值模擬分析3.1計算模型修正前彈丸表面網(wǎng)格修正后彈丸表面網(wǎng)格.13.2021/10/1024論文主要內(nèi)容

3.流場數(shù)值模擬分析3.2阻力系數(shù)曲線FLUENT軟件中有關選項的設置為：(1)選擇密度基求解器；(2)流體為理想氣體；(3)來流壓力為一個大氣壓；(4)采用多重網(wǎng)格法，層數(shù)設置為5層；(5)設置馬赫數(shù)范圍為0.6~2.0。.14.2021/10/1025論文主要內(nèi)容

3.流場數(shù)值模擬分析阻力系數(shù)計算結果：彈丸阻力系數(shù)曲線圖

阻力系數(shù)曲線基本滿足阻力系數(shù)隨馬赫數(shù)變化的規(guī)律。.15.2021/10/1026論文主要內(nèi)容

3.流場數(shù)值模擬分析阻力系數(shù)曲線擬合結果：阻力系數(shù)擬合曲線狀態(tài)馬赫數(shù)/Ma擬合方法參數(shù)結果最大誤差修正前Ma<1.2Logistic0.1470.5448.77e7-190.0281.2<Ma≤2Logistic0.5750.1161.362e-68.1070.007修正后Ma≤0.9Logistic1.1741.365873-8.50.0160.9<Ma≤2五次多項式0.285-2.5248.911-15.46412.714-2.3930.006.16.2021/10/1027論文主要內(nèi)容

3.流場數(shù)值模擬分析3.3氣動特性分析M=0.6速度等值線云圖

M=0.6壓力等值線云圖

.17.2021/10/1028論文主要內(nèi)容

3.流場數(shù)值模擬分析M=0.9壓力等值線云圖M=0.9速度等值線云圖

.18.2021/10/1029論文主要內(nèi)容

3.流場數(shù)值模擬分析M=1.2速度等值線云圖

M=1.2壓力等值線云圖

.19.2021/10/1030論文主要內(nèi)容

4.一維彈道仿真分析4.1迫擊炮彈彈道分析采用四階龍格-庫塔法求解，得：

迫彈外彈道模型：

迫彈不同射角彈道曲線.20.2021/10/1031論文主要內(nèi)容

4.一維彈道仿真分析速度變化曲線彈道傾角變化曲線

彈丸在相同初速下，隨著射角增大，彈丸的飛行時間越長，落地速度越大，落地時的彈道傾角增大。.21.2021/10/1032論文主要內(nèi)容

4.一維彈道仿真分析4.2彈道修正能力分析阻尼片張開前后彈丸阻力系數(shù)：

迫彈全裝藥極限修正彈道曲線

(T為阻尼片張開時刻).22.2021/10/1033論文主要內(nèi)容

4.一維彈道仿真分析4.3阻尼片張開時刻算法阻尼片張開時刻算法流程圖

.23.2021/10/1034論文主要內(nèi)容

4.一維彈道仿真分析裝藥號射角(°)目標射程(m)張開時間(s)修正射程(m)誤差(m)0455004.38499.90.114611008.661100.10.11822807.6280.60.6246180013.381798.61.42843009.36298.11.9347245017.42448.91.138348012.86479.01.0………………448280018.042799.10.948460024.66600.10.1545360022.023601.01.058550017.42499.90.1646300014.623001.31.368460015.6599.90.1迫彈彈道修正仿真結果：

.24.2021/10/1035論文主要內(nèi)容

4.一維彈道仿真分析阻尼片延時展開對修正精度的影響：彈道上升段彈道下降段.25.2021/10/1036論文主要內(nèi)容

5.基于地理信息一維彈道修正的研究高坡地形低洼地形5.1不同地形彈道修正分析不同地形彈道修正.26.2021/10/1037論文主要內(nèi)容

5.基于地理信息一維彈道修正的研究5.2程序?qū)崿F(xiàn)

基于不同地形進行彈道修正，其確定阻尼片張開時刻的算法：

(1)先采用水平面上進行彈道修正確定阻尼片張開時刻的算法求解出水平距離滿足修正精度的張開時刻作為初始值；(2)代入彈道方程，求解地形曲線上的彈道落點，若滿足精度，則結束計算，否則采用在初始值附近一定時間范圍內(nèi)對時間變量進行循環(huán)，直至滿足精度要求。裝藥號射角(°)地形函數(shù)目標點(m)張開時刻(s)落點(m)誤差(m)646°y=x-2900(3000，100)14.64(3002.6，102.6)3.7684°y=3x-2100(850，450)33.86(849.9，449.8)0.2545°y=4x-14000(3620，480)23.7(3620.5，481.9)2585°y=x-440(620，180)30.54(619.3，179.3)1448°y=4x-10560(2800，640)19.78(2800.2，641.0)1484°y=5x-2300(600，700)24.84(602.9，714.6)>10347°y=1.5x-3375(2450，300)18.38(2448.1，297.1)3.5284°y=x-100(300，200)9.42(296.9，196.9)4.4182°y=x-200(280，80)8.0(281，81)1.4高坡地形彈道修正仿真.27.2021/10/1038論文主要內(nèi)容

5.基于地理信息一維彈道修正的研究低洼地形彈道修正仿真裝藥號射角(°)地形函數(shù)目標點(m)張開時刻(s)落點(m)誤差(m)646°y=-x+2900(3000，-100)14.54(2994，-94)8.5684°y=-x+700(850，-150)33.74(848.6，-148.3)2545°y=-4x+14000(3620，-480)//>10585°y=-x+440(620，-180)30.52(616.8，-176.8)4.5448°y=-4x+10560(2800，-640)17.96(2799.8，-639.3)0.7484°y=-5x+2300(600，-700)24.68(598.2，-691)9.1383°y=-3x+900(480，-540)13.04(482.8，-548.4)8.9284°y=-x+100(300，-200)9.12(297，-197)4.3146°y=-x+1100(1200，-100)10(1200.6，-100