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1、毕业设计专业：机械设计制造及其自动化钛合金薄壁结构件磨削加工残余应力有限元仿真Grindingandresidualstresssimulationoftitaniumalloymadethinwallstructure中文摘要钛合金在航空航天，电解工业，发电站，石化，医疗等领域有着广泛的应用,是一种机械性能优良的材料。然而，钛合金优良的材料特性伴随的是较差的加工工艺性。这种性质尤其体现在了往往作为最后一道的加工工艺过程中，即磨削过程。产生的后果是工件表面广泛分布的残余拉应力，而拉应力会削弱材料的抗腐蚀性能和疲劳性能，长时间还会使工件发生
2、蠕变，从而影响整个系统的稳定性和可靠性。因此，避免在钛合金表面产生拉应力是尤为关键和重要的。同时，由于微观应力的检测对于精密仪器的要求很高，通过直接在生产过程中以不断产生废品，总结经验来提高产品质量的方法成本太高，效率低下，而且不易实行。因此，作为实际加工的替代品，先行者或理论验证工具——有限元仿真便体现出了价值。材料的切削及磨削过程涉及温度场与力场的耦合，涉及材料失效等强烈的非线性物理状态。因此，研究目标能否达成与选择一款能否胜任此仿真过程的非线性有限元软件亦有很大的关系。本文对此也比较了几大有限元仿真软件的特点并就Abaqus软件的仿
3、真过程给出了参考。仿真结果为改善钛合金磨削加工过程，改善砂轮磨粒几何形状等提供了参考，同时也为后续研究提出了新的问题。论文主要内容和成果如下：1．总结了磨削加工对于工件表面质量的影响。2．比较了有限元仿真软件及两种仿真模型的优缺点。3．分析了加工参数对于表面质量的影响。4．给出了Abaqus有限元建模和分析方法。5．根据仿真结果为实际加工过程提出了参考意见。本文研究的钛合金薄壁结构件磨削加工有限元仿真，虽然其具体的研究要素是钛合金、磨削以及仿真，但就通过改善加工过程从而提高工件质量的目的而言，本文对于如铣削等加工仿真亦有参考价值，具有一般
4、性意义。关键词：钛合金，磨削，残余应力，切削，有限元软件，仿真ABSTRACTTitaniumalloyhavebeenwidelyusedindifferentfields,suchasaeronauticsandastronautics,electrolyticindustry,powerstation,petrochemicalindustryandmedicine.Itisamaterialofhighmechanicalproperty.However,Ti-alloy’soutstandingmaterialqualities
5、aregoingalongwithhardmanufacturingproperties,whichusuallywellmanifesteditselfinthelastprocessingstep,namely,grinding.Consistently,therewillbepropagatedtensilestressleavingonthefinishedsurface,whichcanimpairmaterial’santi-corrosivequalityandfatigueresistance;inthelongrun,a
6、nykindofresidualstresscanalsocausecreep,affectingthereliabilityandstabilityofawholesystem.Therefore,avoidingthetensilestressonaTi-alloyworkpieceisakeyissueandofgreatimportance.Meanwhile,asthehighrequirementsofsurfacestressmeasurementsanddelicatemeasuringdevice,thethinking
7、ofimprovingproductqualitybytrialanderroristoocostly,inefficientandimpractical.Alternatively,finiteelementsimulation,thesubstitute,forerunner,ortheoreticaltesterforrealproblemisvaluable.Forcuttingandgrindingarenon-linearphysicalprocess,theyinvolvecouplingofforceandtemperat
8、ure,involvematerialfailureandlatticedeformation.Therefore,asuccessfulsimulationbearsalotwithusin
