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    开题报告PPT-陶瓷材料的机械加工的离散元模拟及实验研究.ppt

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    开题报告PPT-陶瓷材料的机械加工的离散元模拟及实验研究.ppt

    陶瓷材料的机械加工的离 散元模拟及实验研究,提 纲,,,,,研究背景,工程陶瓷在全球市场的应用,销售额1989年 35亿,销售额1999年 81亿,销售额2004年 118亿,1995-2000 平均每年递增约6 2002年 3012亿 德国拥有欧洲最大的点陶瓷市场,日本 世界上工程陶瓷最大的生产者 2000年日本已占据世界50的先进陶瓷市场,美国,,,引导陶瓷的加工工艺,先进陶瓷的应用处于领先地位,军事国防,,日本,欧洲,我国政府高度重视陶瓷加工技术的研究,国家”七五” “八五” “九五”科技攻关项目,863项目、国家自然基金包括重点项目与面上项目 都给予了资助,仅国家自然基金项目在1995年-2004年期间陶瓷加工的相关课题共资助19项,资助金额逾300万元,理论基础,,陶瓷材料的切削机理,陶瓷材料的磨削机理,不同的加工方法基于不同的理论分析,2.1 磨削加工,,,不考虑切向力,,力学理论分析,,损伤力学,,,图2.1 弹/塑性压痕模型,图2.2 陶瓷材料压痕试验的离散元模型示意图,注 P 压头载荷; d0 压入深度,相应产生的塑性压痕特征尺寸为d,数值模拟,,不连续介质,,,离散元方法,PFC软件,,,,3.1离散元法,20世纪70年代初由Cundall首先提出 基本思想是把研究对象分离为刚性元素 的集合,使每个元素满足牛顿第二运动方程,用中心差分的方法求解各元素的运动方程,得到研究对象的整体运动形态 颗粒离散元和块体离散元,3.2 颗粒运动方程,,、,为元素i的质量和转动惯量,分别为元素i中心的位置和角度矢量,,,,,为元素i的邻居j 对它的作用力,,为该作用力到元素i的中心力臂,分别为i元素所受的外力和外力矩,Ni是元素i的邻居数目,N为模型中元素的总数目,,,,,,,,,,3.3 PFC软件,基本假设 1 所有颗粒均为不可破裂的刚性体; 2 颗粒与颗粒之间的接触区域为无穷小如点接触 3 接触方式采用柔性接触的方法Soft-contact,刚性颗粒在接触点发生叠合; 4 接触区域远小于颗粒的大小,颗粒与颗粒之间的作用依据力-位移关系,由位移叠合量的大小决定; 5 颗粒与颗粒的接触处存在键bond; 6 所有颗粒均为圆形,但可以通过cluster或clump的方法生成不规则形状的单元.,,,3.4 PFC力学模型及算法,牛顿运动定律 作用在每个颗粒上 力和力矩,力-位移定律 作用在每个接触上 相对运动、本构关系,更新颗粒,墙的位置及接触,接触力,,,,,,,,,实际加工,,,,理论分析模型,,,,,,方程,,,,,,模拟模型,图 单点切削加工磨削形成模型示意图,数值模拟,陶瓷磨削,数值模拟,图 SiC微切削过程的离散元模拟,图 实际磨削,,,刀具,工件,切削,,,裂纹,陶瓷材料磨削,研究方向,数值模拟,,研究任务 利用周期边界观察刀具磨损,期望得到的结论 观察刀具在一个较长的切削时间内,裂纹的数目,裂纹扩展的规律,刀具的磨损量等,数值模拟,研究方向,研究的新颖点 利用周期边界,周期边界的优点 能够延长观察的路程,但并不增大计算时间,1. 建立与实际力学性能相匹配的材料,2. 赋予速度或者边界条件,3. PFC观察现象,,为什么要模拟,鉴定,是否与真实的现象一致,预见现象,,,方案的可行性,数值模拟,,PFC手册里面介绍了周期边界,并描述了如何用Fish语言编程.,国外有许多学者用周期边界做了一系列的模拟研究,并发表了论文. 如 I.ordanoff ,M.Nouari , 等主要将周期边界应用在加工中三体磨损模拟; N.Fillot ,Y.Berthier 等主要将周期边界应用到实际接触磨损wheel-rail contact B.Henrich等主要将周期边界应用到粉末烧结,,数值模拟,周期边界,-如何不用循环就能使颗粒处于稳定状态,Activate pre-generated volumes of material as the non-linear region extends out. Use periodic space to ensure matching of boundaries – e.g., TRUBAL Cundall, 1987.,,p-cell image,复制构成整个模型,注当整个模型构建好之后,周期边界关闭switched off ,,,,任意边界能够产生,,,周期边界,,材料参数匹配,微观参数,宏观现象,,模拟预见,刚性球 平行连接,变形 强度,,,压实,相应的微观结构,空隙率,各向同性,,实验 特征,biaxial tests,Brazilian tests,实际,实验研究,图 纳米抛光机,主要作用前期的试样的准备,图 马尔表面粗糙度测量仪,主要作用表面粗糙度测量,图 Multi-Specimen Test System,实验研究,计 划,1.争取在本学期内能过初步建立模拟的模型.,2.在本学期内能指定出初步的实验方案.,,3.暑假期间进行实验,并同步进行模拟计算,且得到基本期望的模拟和实验基本一致的结论.,Thank you,

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