基于MSG理论的Al7075介观尺度切削的仿真与试验研究.pdf

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1、基于MSG理论的Al7075介观尺度切削的仿真与试验研究宋旭2015年1月中图分类号：TG54UDC分类号：621.7基于MSG理论的Al7075介观尺度切削的仿真与试验研究作者姓名宋旭学院名称机械与车辆学院指导教师庞思勤教授答辩委员会主席王西彬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ExperimentalandSimulationResearchonMeso-scaleMachiningProcessofAl7075baseonMSGTheoryCandidateN

2、ame：SongXuSchoolorDepartment:SchoolofMechnicalEngineeringFacultyMentor:Prof.PangSiqinChair,ThesisCommittee：Prof.WangXibinDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：MechanicalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：Jan，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的

3、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随着微小型零件在航空航天、微电子、环境、通信、汽车、生物等诸多领域的需求与日俱增，介观尺度切削加工过程中的现象与机理也随之受到国内外学者的关注。介观尺度切削并

4、不仅仅是宏观尺度切削在尺寸上的减小，还存在着尺度效应和最小切削厚度等新的理论与工艺问题，传统的塑性力学理论不能描述介观尺度切削中的应变梯度效应，因此需要有针对性地从微观力学和材料位错方面对其进行仿真分析和试验研究。本文基于位错机制的应变梯度（MSG）塑性理论，建立了能够体现尺度效应的适用于介观尺度切削的材料本构模型；根据所建立的本构模型，应用Fortran语言，对ABAQUS有限元软件的材料子程序进行二次开发；采用任意拉格朗日-欧拉ALE算法，建立了铝合金介观尺度切削过程的二维动力学有限元仿真模型，并通过准直角自由

5、微细铣削实验对仿真模型进行了验证；应用所建立的仿真模型对铝合金介观尺度切削加工过程中的单位切削力、最小切削厚度、应变梯度效应、等效应力等进行了研究。研究结果表明：使用基于位错机制的应变梯度塑性理论的修正本构模型能够对介观尺度切削加工进行有效的仿真预测，比经典的JC模型所得到的切削力和单位切削力更接近试验值；PCD刀具切削铝合金的最小切削厚度大致为刀具钝圆半径的0.25-0.3倍，最小切削厚度取决于刀具钝圆半径；材料应变梯度的存在使得材料表现出强烈的尺度效应，并且使切削力与单位切削力随着进给量的减小明显地增大；随着切

6、削速度的增加，切削区的最大应力在减小，随着刀具前角与刀具钝圆半径的增加，切削区的最大应力在增加；切削速度对切削力的影响非常小，随着刀具前角的增加，切削力在减小，随着刀具钝圆半径的增加，切削力在增加。关键词：介观尺度；最小切削厚度；刀具钝圆半径；MSG北京理工大学硕士学位论文AbstractThereisagrowingneedformicropartsintheaerospace,micro-electronics,environment,communications,automotive,biotechnolog

7、yandmanyotherfields,soscholarspayattentiontothephenomenaandmechanismsofmeso-scalecuttingprocess.Meso-scalecuttingisnotjustthesizereductionofmacro-scaleandthenewtheoreticalandtechnologicalproblemswereputforward,forexamplethesizeeffectandtheminimumthicknessofcut

8、ting.Traditionalplasticitymechanicstheorycannotdescribethestraingradienteffectinmeso-scalecuttingprocess,somicroplasticitymechanicstheoryandmaterialdislocationshavetobeputforwarded