平行刃剪切机剪切金属过程的分析

平 行 刃 剪 切 机 剪 切 金 属 过 程 的 分 析 口陈小龙 口付汝辉 天津工业大学 机械工程学 院天津3 0 0 3 8 7 摘要 金属的剪切过程是一 个复杂的弹塑性 变形过程 涉及弹性力 学 塑性力 学 金属 物理和损伤与断裂 计算方法 等 多学科 内容 D E F O R M一 2 d 是 一套基 于工艺模拟 系统 的有限元 系统 专门用于分析各种金属 变形过程的流动 提供极有 价值的 工艺分析数据 探 索平行 刃剪切机 剪切过程 中力能参数和数值仿真分析 关键词 平行 刃剪切数值模拟 中图分类号 T H1 2 3 4 T P 3 9 1 9 文献标识码 A 文章编 号 1 0 0 0 4 9 9 8 2 0 1 5 0 1 0 0 3 9 0 3 传 统 的 金 属 剪 切 过 程 其 研 究 方 法 基 本 都 是 依 靠 大 量 的 实 验 和 一 些 简 单 的 力 学 分 析 然 后 利 用 一 些 经 验 公 式 或 者 解 析 公 式 来 计 算 分 析 剪 切 载 荷 及 其 力 学 参 数 再 依 据 这 些 参 数 设 计 剪 切 机 虽 然 研 究 方 法 行 之 有 效 但 是 研 究 起 来 需 要 大 量 的 实 验 且 研 究 时 间 长 耗 费 比 较 大 对 于 这 类 问题 采 用 更 新 后 的 拉 格 朗 日计 算 公 式 更 为 合 适 本 文 采 用 计 算 机 辅 助 软 件 DEF ORM一 2 d来 分 析 模 拟 平 行 刃 剪 切 过 程 对 于 整 个 过 程 的 应 力 应 变 以 及 金 属 流 动 都 进 行 了相 应 的 分 析 并 且 采 用 理 论 和 实 验 模 拟 来 对 比剪 切 力 检 验 有 限 元 仿 真 模 拟 的 准 确 性 和 可 靠 性 1 理论依 据 应 变 弹 塑 性 有 限 元 分 析 采 用 修 正 的 拉 格 朗 日描 述 用 格 林 应 变 张 量 和 克 希 荷 夫 应 力 张 量 或 拉 格 朗 日 收稿 日期 2 0 1 4年 8月 应 力 张 量 表 示 几 何 方 程 本 构 方 程 和 虚 功 方 程 采 用 修 正 的 拉 格 朗 日法 简 称 U L 法 是 把 t时 刻 的 构 型 看 作 具 有 初 应 变 和 初 应 力 的 参 考 构 型 用 五 表 示 t时 刻 参 考 构 型 中 任 何 一 点 的 拉 格 朗 日坐 标 求 解 t t At 时 刻 物 体 的 构 形 和 状 态 时 刻 的 构 型 就 是 增 量 步 中 的 变 形 构 形 采 用 U L法 便 可 得 到 克 希 荷 夫 应 力 张 量 和 格 林 应 变 张 量 变 化 率 表 示 的 按 拉 格 朗 日描 述 的 虚 功 方 程 s 6 E q d V p 8 d Js 6 o 6 d 1 式 中 S 为 克 希 荷 夫 应 力 张 量 B E 为 格 林 应 变 张 量 变 化 率 b 和 p 分 别 为 在 初 始 态 构 形 中 的 单 位 体 积 力 和 单 位 表 面 力 B V 是 拉 格 朗 日变 量 描 述 的 物 体 中 质 点 的 虚 速 度 U L法 的 克 希 荷 夫 应 力 张 量 增 量 与 格 林 应 变 张 量 增 量 关 系 的 举 证 表 达 式 为 S C 一 r AE 2 式 中 为 许 用 剪 切 应 力 C 甲 C 一 c p S AS l l A S Js 3 3 J5 S 5 5 A E E1 1 AE 2 2 A E3 3 E4 4 E 5 5 2力学模型建 立 如 图 1所 示 被 剪 金 属 尺 寸 为 2 0 0 mmx 5 0 mm 上 剪 台 8 0 mmx 5 0 mm 下 剪 台 8 0 mmx 5 0 mm 3有 限元仿真模 拟模型的建立 1 在 DEF ORM一 2 d中 定 义 上 下 剪 台 ob j e e t 哈尔滨 哈尔滨理 工大学 2 0 1 1 4 王永忠 王松涛 林爱琴 等 基于实例推理的高速切削数 据库 系统构建 J 计算机科学 2 0 1 2 3 9 3 1 7 7 1 8 0 5 詹 晓娟 基于蚁群神经网络铣削数据库系统的研究 与开发 D 哈尔滨 哈尔滨理工大学 2 0 0 7 6 相克俊 混合推 理高速切削数据 库系统 的研究 与开发 D 济南 山东大学 2 0 o 7 机械制造5 3卷 第6 0 5 期 7 8 9 王遵彤 基于实例推理的高速切削数据库系统 H I S C U T的 研究 D 济南 山东大学 2 0 0 3 H o l l e r me i e r E C a s e b a s e d A p p r o x i ma t e R e a s o n i n g M Ge r ma n y S p r i n g e r 2 0 0 7 蒋 占四 陈立平 罗年猛 最近邻实例检索相 似度分析 J 计算机集成制造系统 2 0 0 7 1 3 6 1 1 6 5 一 l 1 6 8 编 辑 丁 罡 2 0 1 5 1 大 截 面 复 合 超 声 变 幅 杆 振 动 特 性 研 究 口张宁宁 渭南师范学院 物理与电气工程学院陕西渭南7 1 4 0 0 0 摘要 利用有限元法分析 了圆锥 指数 悬链 线型 三类复合 大截 面超 声变幅杆共振频 率 放 大 系数 位移 节点 随大 端 面尺 寸变化 的关 系 同时分析 了同一截 面位 置三类超 声变幅杆的径 向振 动分布特点 并与一 维纵振动结果 比较 研 究 结 果 可 为 此 类 复 合 变幅 杆 的 设 计 及 应 用 提 供 理 论 指 导 关键词 有 限元法大截面复合变幅杆共振频率放大系数 中图分类号 T H1 1 3 1 T B 5 5 9 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 4 9 9 8 2 0 1 5 0 1 0 0 4 1 0 3 由 超 声 变 幅 杆 换 能 器 和 工 具 杆 组 成 的 功 率 超 声 振 动 系 统 其 中 超 声 变 幅 杆 是 最 关 键 元 件 之 一 它 的 设 i I 好 坏 直 接 影 响 到 应 用 效 果 目前 超 声 变 幅 杆 设 计 方 法 主 要 有 解 析 法 等 效 网 络 法 有 限 元 法 等 国 内 多 数 学 者 用 有 限 元 分 析 法 对 小 截 面 超 声 变 幅 杆 级 联 变 幅 杆 和 其 它 矩 形 截 面 杆 研 究 较 多 1 7 但 基 本 局 限 在 传 统 理 论 方 法 的 验 证 上 8 1 5 对 于 大 截 面 回 转 体 超 声 变 幅 杆 的 振 动 分 析 因 比较 复 杂 目前 这 方 面 的 研 究 在 国 内 外 相 关 文 献 中 报 道 较 少 其 截 面 大 小 对 超 声 变 幅 杆 相 关 性 能 参 数 的 影 响 规 律 也 未 见 报 道 所 以 有 待 在 这 个 收稿 日期 2 0 1 4年 7月 方 面 作 进 一 步 的 研 究 本 文 利 用 有 限 元 法 对 3种 大 截 面 复 合 超 声 变 幅 杆 的 共 振 频 率 放 大 系 数 位 移 节 点 随 大 端 面 尺 寸 变 化 的 规 律 进 行 了 研 究 和 分 析 其 结 果 可 为 复 合 变 幅 杆 的设 计 及 应 用 提 供 理 论 依 据 图 1为 大 截 面 圆 锥 复 合 超 声 变 幅 杆 示 意 图 D D 分 别 为 大 小 端 直 径 Z Z Z 分 别 为 大 小 段 长 度 和 中 间 过 渡 段 长 度 图 2为 用 有 限元 分 析 的 模 型 图 在 以 下 各 参 数 不 变 的 情 况 下 进 行 有 限 元 分 析 超 声 变 幅 杆 各 参 数 及 材 料 性 能 参 数 为 l l l 3 3 0 mm 1 2 9 0 mm 大 小 端 半 径 比 N D1 D2 R1 R2 2 5 材 料 密 度 p 7 8 5 0 k g I l l 弹 性 模 量 E 2 0 6 GP a 泊 松 比 O 2 8 大 端 半 径 尺l 的 值 在 2 0 6 0 mm 之 间 变 化 每 隔 5 mm 提 取 各 不 同 半 波 长 复 合 超 声 变 幅 杆 的 相 关 参 数 并 绘 制 成 图 1 有 限元模 拟频 率特性 与 一维纵 向振 动 的比 较分 析 在 以 上 条 件 下 将 有 限 元 分 析 模 拟 值 与 一 维 纵 向 振 动 理 论 值 进 行 比 较 如 图 3所 示 由 文 献 1 6 可 知 用 传 统 方 法 得 到 的 各 类 复 合 超 计 算 理 论 值 与 实 验 值 的 比率 2 3 6 0 0 5 1 8 7 2 3 6 0 0 x 1 0 0 3 4 4 根 据 有 限 元 模 拟 结 果 对 理 论 值 的 计 算 模 型 进 行 修 i E 取 修 正 系 数 K 有 K 2 3 6 0 0 5 1 8 7 4 5 考 虑 有 限 元 模 拟 缺 陷 及 环 境 特 定 性 要 对 修 正 系 数 作 修 改 另 外 为 安 全 要 保 留 一 定 的 富 余 值 则 有 K恪 K 1 0 5 6 7 5 将 理 论 公 式 修 改 为 机械制造5 3卷 第 6 0 5 期 参 考 文 献 齐婧 滚筒式 飞剪的剪切机理 及刃形与参数 分析 D 大 连 大连理工大学 2 0 1 3 周 宁 鳄鱼式 液压剪切机及其 控制及系统 的研究 D 青 岛 山东科技大学 2 0 1 0 袁 明清 变宽度圆盘剪切机高强度钢板 材料剪切过程仿 真 研究 D 北京 北方 工业 大学 2 0 1 3 王