[發明專利]一種介觀尺度條件下研磨液顆粒與工件的磨削模擬方法

在審

• 申請號: 201610047945.8
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN105718682A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: 李俊燁;楊兆軍;喬澤民;張心明;吳慶堂;李學光;許穎;張寶慶
• 申請（專利權）人: 長春理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及機械加工研磨技術領域，具體涉及一種介觀尺度內研磨液顆粒與工件的 磨削模擬方法。

背景技術

根據耗散粒子動力學理論及對研磨液顆粒的晶胞團簇模擬分析，來進行以原子團簇 為主要磨粒形式、結合磨粒流加工技術探究研磨液顆粒與工件的磨削。而耗散粒子動力 學模擬方法首先是一門最新發展的介觀尺度模擬技術，它以研究復雜物系介觀結構為 主，是聯系宏觀尺度和微觀尺度的一種新的模擬方法。本發明依據耗散粒子動力學理論 及數值算法，進行介觀尺度內研磨液顆粒與工件的磨削仿真。宏觀模擬(顆粒粒徑尺度 大于1微米)，主要用于化工過程模擬，機械制造和加工等領域；微觀模擬(顆粒粒徑 尺度0.1納米至10納米)，常用于藥物的分子設計、化學機理反應研究及凝聚形態的物 理模擬；介觀模擬(顆粒粒徑尺度為10納米至1000納米之間)，主要應用于液晶、相 平衡、材料性能等方面的研究，它實際上起到構架快速分子尺度的動力學和慢速宏觀尺 度的熱力學之間橋梁的作用。而磨粒流宏觀狀態的尺度模擬，已經有研究人員參與研究， 并得到驗證，微觀尺度的模擬也應用到了超精密加工中，而在介觀尺度內的模擬仍未涉 及到，因此，本章進行磨粒流介觀尺度內的模擬具有創新意義，并能在介觀模擬下了解 磨粒流加工的實質。本發明選取介觀尺度內的磨粒晶格進行磨削加工模擬，深入分析磨 粒磨削壁面速度場、溫度場、密度場、湍流動能以及磨粒徑跡的影響；再進行不同加工 條件下磨粒對壁面的介觀模擬分析。圖1給出了顆粒原子團磨削工件的示意圖。

從示意圖中，能夠看到介觀尺度下的研磨液顆粒原子團的最初形式，經過液壓缸內 的活塞運動，經過磨削工件內表面，在進行磨削過程中，原子團的分散及再凝聚，達到 去除工件內表面的毛刺及倒圓角的效果，從而反映了介觀尺度下研磨液磨粒晶胞團簇模 型對磨削的影響，對實際生產加工提供理論指導。

離散相模型(DiscretePhaseModel，DPM)是在拉格朗日觀點下進行的，它是以以 單個粒子為對象進行計算的，而連續相計算是在歐拉觀點下的以空間點為研究對象。譬 如在液壓油與天然氣相混合的計算中，其中空氣是連續相的，它的計算結果是以空間點 上的溫度、密度、壓強的變量分布形式所表現出的；而其中的油滴卻以離散相為主，通 過模擬油滴的軌跡、速度、受力作為最終的表現形式。因此離散相的模型可以作為介觀 尺度內的選擇顆粒的最佳模型，并以之作為仿真分析的方法。

發明內容

本發明的目的在于提供一種介觀尺度條件下的研磨液顆粒與工件磨削的數值模擬 方法，以便更好地針對工件研磨進行數據模擬，改善研究效果。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下。

一種介觀尺度條件下的研磨液顆粒與工件磨削的數值模擬方法，具體步驟如下：

(1)計算模型建立及初始條件：選取柴油發動機噴油嘴零件，入口處通道大孔端 口直徑為4mm，噴嘴前端呈錐形狀，均勻分布六個噴孔，小孔內徑為0.16mm，通過CATIA 進行三維繪圖，對不需要進行模擬的零件體部分，進行簡化，保留大孔內部及小孔噴嘴 流道，得到其通道幾何模型；通過建立噴油嘴三維實體模型及幾何模型，為進行磨粒磨 削分析奠定基礎，通過三維軟件作圖，結構分布合理之后，再進行FLUENT仿真模擬分 析；

(2)計算模型邊界條件的設置，具體包括：

(a)入口邊界條件：入口邊界條件是指定入口處的流動變量，它包括速度入口邊 界條件、壓力入口邊界條件和質量入口邊界條件；其中速度入口邊界條件為流動速度和 流動入口的流動屬性相關的標量。而根據所選模型為離散相模型，故需要設定連續相與 離散相的情況；

連續相：噴油嘴通道進入口采用速度進口條件，設定此時進口處磨粒流為湍流狀態， 在Model中選擇選擇k-epsilon模型，k-epsilonModel中選擇Realizable，確認即可； 在能量模型中選取EnergyEquation激活能量方程；

離散相：進行不同粒徑、不同溫度、不同速度條件下進行模擬加工，選取的濃度為 10％，進行不同濃度模擬時，分別選取2％、4％、6％和8％較為合理；

(b)出口邊界條件：由磨粒流磨削噴油嘴實際條件可知，出口端與外界想通，故設 定為自由出口；