论文开题报告：基于UG的铣槽式空心叶片有限元分析

大学本科毕业论文(设计)开题报告
学院：机电及自动化学院　　　　　　　　　　　　　专业班级：08机械电子2班　

课题名称 基于UG的铣槽式空心叶片有限元分析

1、 本课题的的研究目的和意义：
金刚石磨料具有硬度高、导热性、耐磨性好等优良的性能，因此金刚石工具在石材、硬质合金、玻璃、陶瓷等硬脆材料的加工中获得了广泛的应用。然而传统的多层烧结与单层电镀金刚石砂轮由于结合剂对金刚石磨粒的把持强度低且容屑空间小，金刚石工具的优势未得以充分发挥[1]。为了解决这一问题，国外首先提出采用钎焊技术来改善结合剂对金刚石的把持，其出发点是希望借高温钎焊时在金刚石、钎料与基体界面上发生如溶解、扩散、化合之类的相互作用，从根本上改善磨料、钎料合金、基体三者间的结合强度。加工试验证实，金刚石砂轮即使在重负荷加工过程中，也不存在磨粒脱落的现象[2]。为此，钎焊金刚石技术成为开发新一代金刚石工具的首选方式，并成为超硬磨料工具业界的研究热点。
目前，金刚石钎焊的加热方式主要有真空炉钎焊技术、激光钎焊技术和高频感应钎焊技术等。其中高频感应加热方式
……（新文秘网https://www.wm114.cn省略751字，正式会员可完整阅读）……　
金刚石技术加热方式之一，高频感应加热应用极为广泛。国内外学者围绕着加热工艺也展开了大量的研究工作，但主要集中在钎焊工艺上，具体可以归结为：①钎焊金刚石界面微观物质研究以及表面碳化物形成的动力学研究；②钎焊工艺的研究（包括钎料类型、钎焊温度、钎焊时间、钎焊的加热方式）；③钎焊金刚石工具的磨削实验的过程研究（包括对磨削力和能量，金刚石的磨损研究以及工具修整的研究）。但对感应加热过程基体上温度分布却鲜有报道，而这恰恰是提高钎焊料层均匀性、控制磨粒等高性的重要因素之一[5]~[10]。
2.2感应加热数值模拟的发展状况
感应加热本身是一个复杂的物理过程，它涉及电、磁、热、相变、力学等方面的综合知识，至今仍无一个完整的耦合理论可以用数学方法来精确耦合该物理过程。
下面就国内外学者在感应加热电磁场、温度场数值模拟计算方面所做的工作做一简要介绍：
北京机电研究所利用ANSYS对厚壁筒形工件连续感应加热处理进行了有限元模拟[11]。计算了热处理过程中工件的温度变化和加热功率变化，并预测淬火时的组织转变。但是并没有考虑工件导热过程中的对流和辐射热损失，由于采用导体横截面的建模方式，最终忽略了工件轴向的热传导，在对工件移动的处理上也并没有得到很好的实现。
华中科技大学的李海江等[12]应用物理环境顺序耦合分析法对电磁感应加热进行了有限元模拟，其模拟用材料为A356非枝晶半固态铝合金，得到了频率、加热时间、线圈电流强度系数、坯料尺寸半径、线圈尺寸大小对加热温度的影响。
上海大学的张恒华等[13]对A356非枝晶坯料在不同的感应加热条件下的温度场进行了有限元模拟，应用有限元法对尺寸不同的铝合金试样的实际感应温度及其分布进行模拟，在模拟过程中，考虑了材料物理参数随温度的变化和感应加热时的邻近效应，对感应加热线圈和试样进行了合理简化。
河北工业大学的杨晓光等[14]对连续运动薄板横向磁通感应加热耦合场的分析方法进行了研究，提出了一个新方法：通过沿薄板运动反方向以单元格的形式平移薄板中的热源来取代薄板的连续运动，使温度场每次计算可以采用相同的热源分布，无需重新计算涡流场，大大减少了横向磁通感应加热耦合场数值仿真的时间。这种思路适合于热源分布不变的情况，对于热源发生变化的情况显然不合适。
此外，国内研究感应淬火多是仅分析单个物理场，特别是电磁场和热场的耦合研究较少。如郭景杰[15]仅仅基于感应电流的分布式及电流透入深度计算式，粗略地推导了可用于数值模拟的感应加热功率密度沿半径方向的分布关系，实际上是跳过了电磁场直接计算温度场。鄢波[16]利用ANSYS/Thermal软件来模拟温度场，模型中采用了设备实际测得的连杆表面功率密度值，并根据感应加热的集肤效应原理，直接建立了热传导模型，绕开了计算感应电磁场和耦合温度场所不可避免的由于居里点而产生的非线性问题。
美国普渡大学的学者WANG KF[17]等在其《移动感应加热有限元模拟》中，给出了两种典型的感应加热有限元模拟计算的方法。一种是单匝圆线圈沿无限长圆柱工件移动感应加热。对于这种感应加热，作者设计了一种新的重新划分网格的有限元程序。在这个程序中，磁场被一种新式的网格所模拟，这种网格追随着移动线圈的位置，材料的内热源随之移动并由磁场分布导出。热传导方程的求解得出了由内热源而产生的温度场。这一程序被用于计算1080钢柱体感应加热的温度分布，计算结果通过与格林方程方法得到的解析解比较而得到修正。另一种是线圈和工件相对静止，有限长的螺旋线圈加热等长的坯料，计算了坯料加热淬火后的残余应力分布和相组成分布。
加拿大的Karol Aniserowicz 等[18]对钢管的电磁感应加热进行了模拟，得到了钢管温度场的分布，但在分析过程中没有考虑坯料的运动以及端部磁力线逸散的影响，同时认为坯料表面的材料是绝缘的，忽略了坯料表面的辐射和对流。
Chaboudez C[19]应用复矢 ……（未完，全文共6006字，当前仅显示2109字，请阅读下面提示信息。收藏《论文开题报告：基于UG的铣槽式空心叶片有限元分析》）