基于残余应力的外轮毂加工变形仿真与实验

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1、基于残余应力的外轮毂加工变形仿真与实验张纯喜2015年01月中图分类号：TH162UDC分类号：621.7基于残余应力的外轮毂加工变形仿真与实验作者姓名张纯喜学院名称机械与车辆学院指导教师唐水源教授答辩委员会主席马树元教授申请学位工学硕士学科专业机械工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月ThesimulationandexperimentationaboutmachiningdistortionofhubbrakecapbasedonresidualstressCandidateName:C

2、hunxiZhangSchoolorDepartment:SchoolofMechanicalEngineeringFacultyMentor:Prof.ShuiyuanTangChair,ThesisCommittee:Prof.ShuyuanMaDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor:MechanicalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence:Jan,2015研究成果声明本人郑

3、重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要车辆传动系统中的关键结构件因空间约束和工作使命的特殊要求，结构上大量采用薄壁设计，且加工精度要求高，如行星架、齿圈、外轮毂等。这类零件

4、在切削加工过程中容易受到残余应力的影响而发生变形。因此，研究残余应力对加工变形的影响规律具有十分重要的意义。本文从切削加工残余应力的产生机理入手，通过理论分析、实验研究和有限元仿真的方法分析了切削参数对残余应力的影响规律，并对残余应力的释放对加工变形的影响规律进行分析，最后根据以上分析对切削加工参数进行了优化选择。主要研究内容包括以下几个方面：首先，本文针对切削加工过程中材料发生高应变、高应变率和高温的特点，通过实验方法建立了外轮毂材料的Johnson-Cook流动应力模型，然后结合Oxley提出的切削力模

5、型和Komanduri提出的切削热模型建立了切削加工过程的残余应力理论预测模型。其次，利用有限元和实验方法对切削加工参数对外轮毂残余应力的影响规律进行了研究。利用ABAQUS有限元软件建立了正交切削加工过程的有限元模型，对不同切削参数进行切削加工仿真，得到了残余应力沿工件深度的分布曲线，分析得到不同切削参数对残余应力的影响规律。之后，用不同切削参数对外轮毂的毛坯棒料进行切削加工实验，对加工完成的表面进行残余应力测量，得到了切削参数对残余应力分布的影响规律。最后，对残余应力对外轮毂加工变形的影响规律进行分析。

6、利用ABAQUS有限元软件建立了外轮毂切削加工过程中的三维有限元模型，用不同切削参数进行加工仿真，将得到的残余应力分布与实验结果进行对比，验证了有限元模型的正确性。然后分析了不同切削参数情况下残余应力释放对加工变形的影响，并对切削加工参数进行了优化选择。关键词：外轮毂；加工变形；残余应力；切削参数I北京理工大学硕士学位论文AbstractThethin-wallstructurewithhighmachiningaccuracyareadoptedinthekeycomponentsofthevehicle

7、drivesystemtomeetspatialconstraintandspecialworkconditionrequirements,suchasplanetcarrier,gearringandhubbrakecap.However,distortioniseasilyoccurredinthemachiningprocessofthesepartsduetotheresidualstress.Sotheresearchontheinfluencingrulesofresidualstressont

8、hemachiningdistortionhavecriticalsignificance.Thisthesisanalyzestheimpactofcuttingparametersonresidualstressbymeansoftheoreticalanalysis,finiteelementsimulationandscientificexperiment.Thentheinfluenceoftherel