論文開題報(bào)告：基于UG的銑槽式空心葉片有限元分析

大學(xué)本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開題報(bào)告
學(xué)院：機(jī)電及自動(dòng)化學(xué)院　　　　　　　　　　　　　專業(yè)班級(jí)：08機(jī)械電子2班　

課題名稱 基于UG的銑槽式空心葉片有限元分析

1、 本課題的的研究目的和意義：
金剛石磨料具有硬度高、導(dǎo)熱性、耐磨性好等優(yōu)良的性能，因此金剛石工具在石材、硬質(zhì)合金、玻璃、陶瓷等硬脆材料的加工中獲得了廣泛的應(yīng)用。然而傳統(tǒng)的多層燒結(jié)與單層電鍍金剛石砂輪由于結(jié)合劑對(duì)金剛石磨粒的把持強(qiáng)度低且容屑空間小，金剛石工具的優(yōu)勢(shì)未得以充分發(fā)揮[1]。為了解決這一問(wèn)題，國(guó)外首先提出采用釬焊技術(shù)來(lái)改善結(jié)合劑對(duì)金剛石的把持，其出發(fā)點(diǎn)是希望借高溫釬焊時(shí)在金剛石、釬料與基體界面上發(fā)生如溶解、擴(kuò)散、化合之類的相互作用，從根本上改善磨料、釬料合金、基體三者間的結(jié)合強(qiáng)度。加工試驗(yàn)證實(shí)，金剛石砂輪即使在重負(fù)荷加工過(guò)程中，也不存在磨粒脫落的現(xiàn)象[2]。為此，釬焊金剛石技術(shù)成為開發(fā)新一代金剛石工具的首選方式，并成為超硬磨料工具業(yè)界的研究熱點(diǎn)。
目前，金剛石釬焊的加熱方式主要有真空爐釬焊技術(shù)、激光釬焊技術(shù)和高頻感應(yīng)釬焊技術(shù)等。其中高頻感應(yīng)加熱方式
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金剛石技術(shù)加熱方式之一，高頻感應(yīng)加熱應(yīng)用極為廣泛。國(guó)內(nèi)外學(xué)者圍繞著加熱工藝也展開了大量的研究工作，但主要集中在釬焊工藝上，具體可以歸結(jié)為：①釬焊金剛石界面微觀物質(zhì)研究以及表面碳化物形成的動(dòng)力學(xué)研究；②釬焊工藝的研究（包括釬料類型、釬焊溫度、釬焊時(shí)間、釬焊的加熱方式）；③釬焊金剛石工具的磨削實(shí)驗(yàn)的過(guò)程研究（包括對(duì)磨削力和能量，金剛石的磨損研究以及工具修整的研究）。但對(duì)感應(yīng)加熱過(guò)程基體上溫度分布卻鮮有報(bào)道，而這恰恰是提高釬焊料層均勻性、控制磨粒等高性的重要因素之一[5]~[10]。
2.2感應(yīng)加熱數(shù)值模擬的發(fā)展?fàn)顩r
感應(yīng)加熱本身是一個(gè)復(fù)雜的物理過(guò)程，它涉及電、磁、熱、相變、力學(xué)等方面的綜合知識(shí)，至今仍無(wú)一個(gè)完整的耦合理論可以用數(shù)學(xué)方法來(lái)精確耦合該物理過(guò)程。
下面就國(guó)內(nèi)外學(xué)者在感應(yīng)加熱電磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)數(shù)值模擬計(jì)算方面所做的工作做一簡(jiǎn)要介紹：
北京機(jī)電研究所利用ANSYS對(duì)厚壁筒形工件連續(xù)感應(yīng)加熱處理進(jìn)行了有限元模擬[11]。計(jì)算了熱處理過(guò)程中工件的溫度變化和加熱功率變化，并預(yù)測(cè)淬火時(shí)的組織轉(zhuǎn)變。但是并沒(méi)有考慮工件導(dǎo)熱過(guò)程中的對(duì)流和輻射熱損失，由于采用導(dǎo)體橫截面的建模方式，最終忽略了工件軸向的熱傳導(dǎo)，在對(duì)工件移動(dòng)的處理上也并沒(méi)有得到很好的實(shí)現(xiàn)。
華中科技大學(xué)的李海江等[12]應(yīng)用物理環(huán)境順序耦合分析法對(duì)電磁感應(yīng)加熱進(jìn)行了有限元模擬，其模擬用材料為A356非枝晶半固態(tài)鋁合金，得到了頻率、加熱時(shí)間、線圈電流強(qiáng)度系數(shù)、坯料尺寸半徑、線圈尺寸大小對(duì)加熱溫度的影響。
上海大學(xué)的張恒華等[13]對(duì)A356非枝晶坯料在不同的感應(yīng)加熱條件下的溫度場(chǎng)進(jìn)行了有限元模擬，應(yīng)用有限元法對(duì)尺寸不同的鋁合金試樣的實(shí)際感應(yīng)溫度及其分布進(jìn)行模擬，在模擬過(guò)程中，考慮了材料物理參數(shù)隨溫度的變化和感應(yīng)加熱時(shí)的鄰近效應(yīng)，對(duì)感應(yīng)加熱線圈和試樣進(jìn)行了合理簡(jiǎn)化。
河北工業(yè)大學(xué)的楊曉光等[14]對(duì)連續(xù)運(yùn)動(dòng)薄板橫向磁通感應(yīng)加熱耦合場(chǎng)的分析方法進(jìn)行了研究，提出了一個(gè)新方法：通過(guò)沿薄板運(yùn)動(dòng)反方向以單元格的形式平移薄板中的熱源來(lái)取代薄板的連續(xù)運(yùn)動(dòng)，使溫度場(chǎng)每次計(jì)算可以采用相同的熱源分布，無(wú)需重新計(jì)算渦流場(chǎng)，大大減少了橫向磁通感應(yīng)加熱耦合場(chǎng)數(shù)值仿真的時(shí)間。這種思路適合于熱源分布不變的情況，對(duì)于熱源發(fā)生變化的情況顯然不合適。
此外，國(guó)內(nèi)研究感應(yīng)淬火多是僅分析單個(gè)物理場(chǎng)，特別是電磁場(chǎng)和熱場(chǎng)的耦合研究較少。如郭景杰[15]僅僅基于感應(yīng)電流的分布式及電流透入深度計(jì)算式，粗略地推導(dǎo)了可用于數(shù)值模擬的感應(yīng)加熱功率密度沿半徑方向的分布關(guān)系，實(shí)際上是跳過(guò)了電磁場(chǎng)直接計(jì)算溫度場(chǎng)。鄢波[16]利用ANSYS/Thermal軟件來(lái)模擬溫度場(chǎng)，模型中采用了設(shè)備實(shí)際測(cè)得的連桿表面功率密度值，并根據(jù)感應(yīng)加熱的集膚效應(yīng)原理，直接建立了熱傳導(dǎo)模型，繞開了計(jì)算感應(yīng)電磁場(chǎng)和耦合溫度場(chǎng)所不可避免的由于居里點(diǎn)而產(chǎn)生的非線性問(wèn)題。
美國(guó)普渡大學(xué)的學(xué)者WANG KF[17]等在其《移動(dòng)感應(yīng)加熱有限元模擬》中，給出了兩種典型的感應(yīng)加熱有限元模擬計(jì)算的方法。一種是單匝圓線圈沿?zé)o限長(zhǎng)圓柱工件移動(dòng)感應(yīng)加熱。對(duì)于這種感應(yīng)加熱，作者設(shè)計(jì)了一種新的重新劃分網(wǎng)格的有限元程序。在這個(gè)程序中，磁場(chǎng)被一種新式的網(wǎng)格所模擬，這種網(wǎng)格追隨著移動(dòng)線圈的位置，材料的內(nèi)熱源隨之移動(dòng)并由磁場(chǎng)分布導(dǎo)出。熱傳導(dǎo)方程的求解得出了由內(nèi)熱源而產(chǎn)生的溫度場(chǎng)。這一程序被用于計(jì)算1080鋼柱體感應(yīng)加熱的溫度分布，計(jì)算結(jié)果通過(guò)與格林方程方法得到的解析解比較而得到修正。另一種是線圈和工件相對(duì)靜止，有限長(zhǎng)的螺旋線圈加熱等長(zhǎng)的坯料，計(jì)算了坯料加熱淬火后的殘余應(yīng)力分布和相組成分布。
加拿大的Karol Aniserowicz 等[18]對(duì)鋼管的電磁感應(yīng)加熱進(jìn)行了模擬，得到了鋼管溫度場(chǎng)的分布，但在分析過(guò)程中沒(méi)有考慮坯料的運(yùn)動(dòng)以及端部磁力線逸散的影響，同時(shí)認(rèn)為坯料表面的材料是絕緣的，忽略了坯料表面的輻射和對(duì)流。
Chaboudez C[19]應(yīng)用復(fù)矢 ……（未完，全文共6006字，當(dāng)前僅顯示2109字，請(qǐng)閱讀下面提示信息。收藏《論文開題報(bào)告：基于UG的銑槽式空心葉片有限元分析》）