7055铝合金表面粗糙度和切削力模型构建及有限元分析

发布时间：2017-07-18 01:00

  本文关键词：7055铝合金表面粗糙度和切削力模型构建及有限元分析

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【摘要】：7055铝合金是由美国铝业公司自主研发的一种新型超高强铝合金,它具有超高强度、低密度、高的断裂韧性以及良好的抗腐蚀能力等诸多优点,已经逐渐成为民用和军用飞机及航天器的首选材料,并且已经成功的应用到波音777及空客A380飞机上。本文选用7055铝合金材料作为研究对象,围绕切削参数对表面粗糙度和三向切削力的影响展开单因素试验和正交试验,探究了切削参数对表面粗糙度和切削力的影响规律;建立了表面粗糙度和切削力预测模型;与此同时,结合准静态拉伸试验和动态压缩实验和高速切削实验,得出满足高速切削“三高特性”的本构方程。研究结果表明:基于准静态拉伸试验SHPB压缩实验得到的J-C本构方程可以很好地应用到普通的高应变率过程,但是并不能够很好地应用到高速切削过程,通过高速切削对初始本构方程进行修正,修正后进行高速切削有限元模拟,模拟结果显示:所建立的本构方程能够较好的应用到高速切削有限元模拟,能够较好的满足“三高特性”。研究了切削参数包括铣削速度(A因素),切削深度(B因素),切削宽度(C因素),每齿进给量因素(D因素)对切削力及表面粗糙度的影响程度。极差分析结果所示,切削参数对X向切削分力的影响顺序可以表示为BCDA;切削参数对Y向和Z向切削分力的影响顺序可以表示为CBDA;切削参数对表面粗糙度的影响顺序可以表示为DACB。基于高速切削正交实验建立了三向切削力和表面粗糙度预测模型。经过验证,所建立的表面粗糙度和切削力预测模型能够准确的对表面粗糙度和切削力进行预测。
【关键词】：7055铝合金 表面粗糙度 切削力 本构方程 有限元模拟
【学位授予单位】：湖南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.21;TG501
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 课题背景及意义10-11
• 1.2 7XXX铝合金的发展11-12
• 1.3 材料动态力学性能测试及本构模型12-18
• 1.3.1 分离式霍普金森压杆13
• 1.3.2 SHPB的结构及原理13-15
• 1.3.3 材料动态本构模型研究进展15-17
• 1.3.4 7XXX铝合金动态力学性能研究现状17-18
• 1.4 高速切削研究现状18-21
• 1.4.1 高速切削切削力国内外研究现状18-19
• 1.4.2 表面粗糙度国内外研究现状19-21
• 1.5 本文的主要研究内容21-22
• 第二章 实验设备、材料及方法22-30
• 2.1 实验材料22
• 2.2 实验设备22-24
• 2.3 实验研究方案24-30
• 2.3.1 力学性能实验25-27
• 2.3.2 高速铣削试验27-30
• 第三章 7055铝合金本构建模及有限元分析30-38
• 3.1 引言30
• 3.2 不同温度下7055铝合金动态冲击实验30-33
• 3.2.1 常温环境下真实应力应变曲线30-32
• 3.2.2 高温环境下真实应力应变曲线32-33
• 3.3 7055本构方程参数确定33-35
• 3.4 本构模型有限元验证35-37
• 3.4.1 几何模型的建立35
• 3.4.2 材料本构模型35-36
• 3.4.3 切削过程的仿真分析36-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第四章 7055铝合金的切削力建模及其本构修正38-56
• 4.1 切削参数对7055铝合金切削力的影响38-46
• 4.1.1 实验原理38
• 4.1.2 单因素试验结果38-41
• 4.1.3 正交实验结果41-42
• 4.1.4 极差分析42-46
• 4.2 7055铝合金切削力预测模型构建46-48
• 4.2.1 切削力经验模型46-47
• 4.2.2 切削力预测模型的验证47-48
• 4.3 7055铝合金J-C本构方程修正48-51
• 4.4 本构模型有限元验证51-54
• 4.4.1 几何模型的建立51
• 4.4.2 材料本构模型51-52
• 4.4.3 切削过程的仿真分析52-53
• 4.4.4 实验验证53-54
• 4.5 本章小结54-56
• 第五章 7055铝合金表面粗糙度实验研究及建模56-74
• 5.1 7055铝合金表面粗糙度单因素试验56-66
• 5.1.1 7055铝合金二维表面形貌表征57-61
• 5.1.2 7055铝合金三维表面形貌表征61-66
• 5.2 7055铝合金表面粗糙度正交实验66-69
• 5.2.1 表面粗糙度正交试验结果66-67
• 5.2.2 极差分析67-69
• 5.3 表面粗糙度预测模型构建69-72
• 5.3.1 表面粗糙度经验模型69-70
• 5.3.2 表面粗糙度预测模型验证70-72
• 5.4 本章小结72-74
• 第六章 结论74-76
• 参考文献76-81
• 致谢81-82
• 附录A：攻读硕士期间发表的论文及参与的科研项目82

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本文编号：555336