计算机仿真技术在磨削温度场中的应用
来源：互联网 编辑：中鼎网 发布时间：2008年04月10日09:24:39
1 引言
磨削是一种应用广泛的精密加工方法。在对磨削加工的研究中，由于对加工机理的认识有限，因此对磨削加工过程的实际调整多数是靠试凑法(即凭操作者所积累的大量经验知识)来进行，特别是有关磨削温度分析模型，多是通过单因素获得的。随着计算机性能的日益提高，仿真技术在工业中的应用越来越广泛，给磨削理论的研究带来了新的思路，使我们有可能克服传统研究方法的局限性，深入研究磨削过程中磨削温度的变化，建立系统的磨削温度场理论模型。
仿真就是在模拟环境下实现和预测产品在真实环境下的性能和特征(动态和静态)，它包含了从建模、施加负载和约束到预测产品在真实情况下的响应等一系列步骤。通过对仿真试验过程的观察和估计，得到被仿真系统的仿真输出参数和基本特性，由此来估计和推断实际系统的真实参数和真实性能。仿真技术借助计算机，可以在复杂的磨削加工过程中得到不同输入参数下的各种磨削温度场的变化，从而为深入研究磨削加工机理创造了条件。
2 建立磨削温度场的数学模型
采用有限元法建立磨削温度场的数学模型。由于整个磨削温度场满足能量守恒定律，所以磨削温度场的热传导方程式为：
| PC |
∂q |
- |
∂ |
(kx |
∂q |
)- |
∂ |
(ky |
∂q |
)- |
∂ |
(kz |
∂q |
)-rQ=0 |
|
|
|
|
|
|
|
| ∂t |
∂x |
∂x |
∂y |
∂y |
∂z |
∂z | |
(在W内) |
其中W 为整个域，它由三类边界条件组成，即：
| q=q( l，t) |
(在l1边界上) |
| kx |
∂q |
nx+ky |
∂q |
ny+kz |
∂q |
|
nz=q |
|
|
|
| ∂x |
∂y |
∂z | |
(在G2边界上) |
| kx |
∂q |
nx+ky |
∂q |
ny+kz |
∂q |
|
nz=a(qa -q) |
|
|
|
| ∂x |
∂y |
∂z | |
(在G3边界上) |
根据有限单元法的离散化原理，把工件划分成有限个单元，并把磨削过程中的热负载加于边界上的单元，即把整体温度载荷离散为与实际载荷等效的节点载荷，代入上述三类边界条件即可得到磨削温度场的有限元模型。
磨削温度场的场函数温度既是空间域W的函数，又是时间域t的函数。在仿真模型中，采用循环迭代的方法，把热载荷的加载过程离散为有限个极短的过程(在单个过程中认为时间域和空间域是耦合的)。以干磨为例，在极短的时间内在某一磨削区加载一固定热流，在下一时间段内移至另一区域加载固定热源，并把上一次所得的计算结果作为本次分析的初始条件，在这一极短的时间内，认为场函数温度与时间和空间有关，但两者并不耦合，这样就可采用部分离散的方法得出如下所示磨削温度场的数学模型：
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