晶粒取向对微磨削表面残余应力的作用机理及其预测建模研究
发布时间：2023-09-14 01:25
微磨削加工中材料表层微观组织结构对加工过程中塑性变形、力、热、相变及残余应力等具有重要的影响。微磨削表面、亚表面的残余应力不仅影响工件几何尺寸的稳定性,而且影响工件的静力强度、抗疲劳、抗腐蚀性能及其使用寿命。微磨削加工切削深度以及进给量与工件材料晶粒大小处于同一量级,微磨削表面性能的演变与零件材料的微观组织结构紧密相关,金属的残余应力、损伤、微裂纹及断裂等力学行为可以从材料的微观组织结构演变中找到原因。从微观尺度分析晶体效应对材料本构关系的影响,进而创建本构模型与宏观性能的关系,从而解决预测及控制残余应力分布及大小的问题。材料的微观组织结构对流动应力及材料去除过程中材料性能的影响,包括考虑材料的晶粒大小、位错密度及晶粒方向对材料流动应力作用的解析模型研究。然而,晶粒方向对流动应力尤其是对残余应力的作用及其解析模型的研究方面,至今还是空白。本文深入分析微磨削加工过程中材料微观组织结构、砂轮形貌及工艺参数对微磨削加工中力-热载荷、相变、残余应力的作用机理,并建立关于磨削力、热、相变及残余应力的解析模型。对晶粒取向影响微磨削过程中流动应力进而对力-热载荷、相变和残余应力以及力-热-相变之间的...
【文章页数】：157 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
缩写、术语表
第1章 绪论
1.1 研究背景及其重要意义
1.2 国内外相关研究现状及分析
1.2.1 微磨削加工研究现状
1.2.2 微细加工中材料晶粒取向的研究现状
1.2.3 磨削力机理分析及解析模型研究现状
1.2.4 磨削热机理分析及解析模型研究现状
1.2.5 相变机理及预测模型研究现状
1.2.6 微磨削残余应力机理及预测模型研究现状
1.2.7 目前研究存在的不足
1.3 本文研究目标、研究思路及方案设计
1.3.1 本文研究目标
1.3.2 研究思路
1.3.3 本文研究方案设计
第2章 相关基础研究及分析
2.1 微观组织结构对塑性变形的作用机理分析
2.1.1 晶粒大小对塑性变形的作用机理
2.1.2 晶粒取向对塑性变形的作用机理
2.2 弹塑性应力应变分析
2.2.1 平面应力应变分析
2.2.2 塑性变形应变硬化机理分析
2.2.3 热应力生成机理分析
2.3 微磨削工件材料预处理及微观组织结构测试
2.3.1 工件材料预处理
2.3.2 晶粒取向的EBSD测试
2.3.3 物相测试
2.4 微磨削实验装置
2.4.1 微型磨床及刀具装置
2.4.2 测温测力装置
2.5 本章小结
第3章 晶粒取向对磨削力、热、相变的作用机理及解析模型研究
3.1 单颗磨粒作用机理
3.1.1 单颗磨粒切屑成形力
3.1.2 单颗磨粒耕犁力
3.1.3 单颗磨粒滑擦力
3.2 砂轮形貌特征分析
3.2.1 砂轮静态磨粒密度
3.2.2 砂轮动态磨粒密度
3.3 晶粒取向对流动应力作用机理分析及模型构建
3.3.1 泰勒因子模型
3.3.2 晶粒取向对流动应力的作用机理分析及模型构建
3.3.3 晶粒取向对硬度的作用机理分析及模型构建
3.4 相变影响流动应力的机理分析及模型构建
3.4.1 相变影响的流动应力的机理分析
3.4.2 基于GJ模型的相变塑性系数的计算
3.5 磨削热机理分析及解析模型研究
3.5.1 磨削热产生机理分析
3.5.2 热流分布形状及磨削温度
3.5.3 晶粒取向对相变的作用机理
3.5.4 考虑晶粒取向的相变模型
3.6 本章小结
第4章 综合考虑力热耦合及相变效应的残余应力解析建模
4.1 基于滚滑接触理论的应力分布预测
4.1.1 机械载荷的作用机理及建模分析
4.1.2 热载荷的作用机理及建模分析
4.1.3 相变的作用机理及建模分析
4.1.4 加载应力分析
4.2 残余应力分布预测
4.2.1 应力加载过程
4.2.2 应力释放过程
4.2.3 晶粒取向对塑性模量的作用机理及建模分析
4.3 残余应力预测模型对比
4.4 残余应力测试
4.5 本章小结
第5章 模型实验验证及灵敏度分析
5.1 维氏硬度模型验证
5.2 流动应力模型验证
5.3 磨削力模型验证
5.3.1 泰勒因子的预测结果及分析
5.3.2 流动应力及中间变量的预测
5.3.3 磨削力实验值与预测值对比
5.3.4 磨削力对工艺参数的灵敏度分析
5.4 磨削热模型验证
5.4.1 磨削温度实验值与预测值对比
5.4.2 磨削温度对工艺参数的灵敏度分析
5.5 相变模型验证
5.5.1 相变模型线性回归分析
5.5.2 相变量实验值与预测值对比
5.5.3 相变量对工艺参数的灵敏度分析
5.6 残余应力模型验证
5.6.1 残余应力测试及预测结果对比
5.6.2 残余应力对工艺参数及泰勒因子的灵敏度分析
5.7 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 全文总结
6.2 研究创新点
6.3 工作展望
参考文献
攻读博士期间参与的科研项目及发表的学术论文
致谢
本文编号：3846279
【文章页数】：157 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
符号说明
缩写、术语表
第1章 绪论
1.1 研究背景及其重要意义
1.2 国内外相关研究现状及分析
1.2.1 微磨削加工研究现状
1.2.2 微细加工中材料晶粒取向的研究现状
1.2.3 磨削力机理分析及解析模型研究现状
1.2.4 磨削热机理分析及解析模型研究现状
1.2.5 相变机理及预测模型研究现状
1.2.6 微磨削残余应力机理及预测模型研究现状
1.2.7 目前研究存在的不足
1.3 本文研究目标、研究思路及方案设计
1.3.1 本文研究目标
1.3.2 研究思路
1.3.3 本文研究方案设计
第2章 相关基础研究及分析
2.1 微观组织结构对塑性变形的作用机理分析
2.1.1 晶粒大小对塑性变形的作用机理
2.1.2 晶粒取向对塑性变形的作用机理
2.2 弹塑性应力应变分析
2.2.1 平面应力应变分析
2.2.2 塑性变形应变硬化机理分析
2.2.3 热应力生成机理分析
2.3 微磨削工件材料预处理及微观组织结构测试
2.3.1 工件材料预处理
2.3.2 晶粒取向的EBSD测试
2.3.3 物相测试
2.4 微磨削实验装置
2.4.1 微型磨床及刀具装置
2.4.2 测温测力装置
2.5 本章小结
第3章 晶粒取向对磨削力、热、相变的作用机理及解析模型研究
3.1 单颗磨粒作用机理
3.1.1 单颗磨粒切屑成形力
3.1.2 单颗磨粒耕犁力
3.1.3 单颗磨粒滑擦力
3.2 砂轮形貌特征分析
3.2.1 砂轮静态磨粒密度
3.2.2 砂轮动态磨粒密度
3.3 晶粒取向对流动应力作用机理分析及模型构建
3.3.1 泰勒因子模型
3.3.2 晶粒取向对流动应力的作用机理分析及模型构建
3.3.3 晶粒取向对硬度的作用机理分析及模型构建
3.4 相变影响流动应力的机理分析及模型构建
3.4.1 相变影响的流动应力的机理分析
3.4.2 基于GJ模型的相变塑性系数的计算
3.5 磨削热机理分析及解析模型研究
3.5.1 磨削热产生机理分析
3.5.2 热流分布形状及磨削温度
3.5.3 晶粒取向对相变的作用机理
3.5.4 考虑晶粒取向的相变模型
3.6 本章小结
第4章 综合考虑力热耦合及相变效应的残余应力解析建模
4.1 基于滚滑接触理论的应力分布预测
4.1.1 机械载荷的作用机理及建模分析
4.1.2 热载荷的作用机理及建模分析
4.1.3 相变的作用机理及建模分析
4.1.4 加载应力分析
4.2 残余应力分布预测
4.2.1 应力加载过程
4.2.2 应力释放过程
4.2.3 晶粒取向对塑性模量的作用机理及建模分析
4.3 残余应力预测模型对比
4.4 残余应力测试
4.5 本章小结
第5章 模型实验验证及灵敏度分析
5.1 维氏硬度模型验证
5.2 流动应力模型验证
5.3 磨削力模型验证
5.3.1 泰勒因子的预测结果及分析
5.3.2 流动应力及中间变量的预测
5.3.3 磨削力实验值与预测值对比
5.3.4 磨削力对工艺参数的灵敏度分析
5.4 磨削热模型验证
5.4.1 磨削温度实验值与预测值对比
5.4.2 磨削温度对工艺参数的灵敏度分析
5.5 相变模型验证
5.5.1 相变模型线性回归分析
5.5.2 相变量实验值与预测值对比
5.5.3 相变量对工艺参数的灵敏度分析
5.6 残余应力模型验证
5.6.1 残余应力测试及预测结果对比
5.6.2 残余应力对工艺参数及泰勒因子的灵敏度分析
5.7 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 全文总结
6.2 研究创新点
6.3 工作展望
参考文献
攻读博士期间参与的科研项目及发表的学术论文
致谢
本文编号：3846279
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