首页 理论教育热-力耦合模型优化方案

热-力耦合模型优化方案

【摘要】:所以,对于切削加工过程中温度和应力的耦合问题,需要按热-力耦合的方法求解。工件还受到外部节点力载荷和分布载荷及体力载荷作用,总的等效节点力为式中,Δ{R}ed、Δ{R}ep、Δ{R}eF分别是外部节点力载荷、分布载荷和体力载荷的等效节点力。

在金属切削加工过程中,工件在产生塑性变形的同时伴随着温度的变化,即金属切削时材料的塑性变形以及刀具与切屑、已加工表面的剧烈摩擦会使切削变形区域的温度在瞬间剧升。由于温度变化对工件变形和材料的力学性能会产生影响;同时,工件的切削变形反过来也会改变热边界条件,进而影响温度场。所以,对于切削加工过程中温度和应力的耦合问题,需要按热-力耦合的方法求解。

为了耦合切削加工过程中热载荷和机械载荷之间的相互影响,根据Prandtl-Re-uss理论,考虑到全应变增量包含弹性应变增量、塑性应变增量和温度应变增量,即可得热弹塑性力学本构关系:

弹性区:d{σ}=[D](d{ε}-d{ε}T) (3-27)

塑性区:d{σ}=[D](d{ε}-d{ε}T-d{σ}T) (3-28)

式中,Δ{α}表示工件材料的线胀系数;[D]、[D]ep分别表示弹性矩阵和弹塑性矩阵;T表示温度;978-7-111-53860-8-Chapter03-25.jpg表示等效应力。

由于热弹塑性材料的应力应变关系是非线性的,可以用“增量载荷法”将此关系线性化处理。

弹性区:Δσ=[D](Δ{ε}-Δ{ε}T) (3-29)

塑性区:Δσ=[D]ep(Δ{ε}-Δ{ε}T)+Δ{σ}T (3-30)

式中,Δ{ε}T、Δ{σ}T分别为初应变和初应力。

弹性区:978-7-111-53860-8-Chapter03-26.jpg

塑性区:978-7-111-53860-8-Chapter03-27.jpg

式中,Δ{R}ee为应变矩阵。

工件还受到外部节点力载荷和分布载荷及体力载荷作用,总的等效节点力为

式中,Δ{R}ed、Δ{R}ep、Δ{R}eF分别是外部节点力载荷、分布载荷和体力载荷的等效节点力。

总的平衡方程式是

[K]Δ{u}={ΔR} (3-34)

式中,[K]为总体刚度矩阵;Δ{u}为节点位移增量。