[發(fā)明專利]一種考慮磨粒形狀及其分布隨機(jī)性的砂輪離散元建模方法

有效

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• 申請日: 2018-06-04
• 公開（公告）號: CN108687683B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姜勝強(qiáng);何明學(xué);黎旭;譚援強(qiáng);張高峰;徐志強(qiáng)
• 申請（專利權(quán)）人: 湘潭大學(xué)
• 主分類號: B24D18/00
• 分類號: B24D18/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供了一種考慮磨粒形狀及其分布隨機(jī)性的砂輪離散元建模方法，包括以下主要步驟：（1）建立一個正方形計算區(qū)域，并在內(nèi)部生成緊密排列的顆粒；（2）在正方形中心定義兩個大同心圓,以內(nèi)部圓作為粘結(jié)體輪廓，內(nèi)部圓與外部圓之間的區(qū)域作為磨粒分布的區(qū)域；（3）定義包含隨機(jī)多邊形的兩個小同心圓；（4）對顆粒進(jìn)行分組，多邊形內(nèi)的顆粒定義為磨粒組，大同心圓中內(nèi)部圓內(nèi)的顆粒定義為粘結(jié)體組；（5）刪除磨粒組及粘結(jié)體組以外的顆粒；（6）選擇合適的接觸模型，建立二維砂輪離散元模型。本發(fā)明涉及的砂輪建模方法充分考慮了砂輪表面的磨粒大小、形狀及磨粒間相互位置的隨機(jī)性，能更為真實(shí)形象地表征實(shí)際砂輪表面形貌。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種考慮磨粒形狀及其分布隨機(jī)性的二維砂輪離散元建模方法，屬于砂輪的建模方法研究。

背景技術(shù)

磨削加工機(jī)理研究是磨削加工技術(shù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)性課題。磨削加工在微觀上可視為單顆磨粒的切削過程。由于砂輪表面磨粒數(shù)量多，其切削刃的形狀、尺寸、位置、隨機(jī)多樣，砂輪高速運(yùn)動以及磨削工藝參數(shù)變化等，使得磨削加工過程變得極其復(fù)雜。

隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，仿真技術(shù)被逐漸引入到磨削研究中。其對于強(qiáng)動態(tài)過程的強(qiáng)大描述能力，恰好適合用于研究高速、復(fù)雜、難以觀測的磨削過程。磨削仿真工作一般分為砂輪建模和磨削仿真兩步,且都已受到磨削界廣泛的研究。但現(xiàn)有砂輪建模方法大多是建立在連續(xù)體假設(shè)基礎(chǔ)上的，即認(rèn)為砂輪是連續(xù)體，無氣孔、粘結(jié)劑等內(nèi)部結(jié)構(gòu),并使用以連續(xù)體為基本假設(shè)的材料行為理論對砂輪進(jìn)行分析計算。而這與真實(shí)砂輪的非連續(xù)微觀結(jié)構(gòu)不符。使用離散元素法建模并進(jìn)行磨削仿真,增強(qiáng)了現(xiàn)有方法對砂輪非連續(xù)性微觀物理結(jié)構(gòu)的描述能力,這可能將在砂輪制備配方設(shè)計、砂輪制備工藝設(shè)計、砂輪磨損與壽命預(yù)測等諸多與微觀物理結(jié)構(gòu)相關(guān)的磨削研究方面發(fā)揮更加重大的作用，從一定程度上體現(xiàn)了使用離散元素法進(jìn)行磨削仿真的先進(jìn)性。從已掌握的文獻(xiàn)及專利來看，采用離散元法對砂輪進(jìn)行顆粒化的建模已有例子，專利(申請公布號：CN 106903623 A)公開了一種采用離散元法對砂輪進(jìn)行顆粒化的建模的方法，但方法中建立的磨粒的形狀和大小是規(guī)則的，位置也是均勻分布的，不能更為真實(shí)形象地表征實(shí)際砂輪表面形貌。為解決上述問題,本發(fā)明提供了一種考慮磨粒形狀及其分布隨機(jī)性的二維砂輪離散元建模方法，生成的磨粒具有隨機(jī)的形狀，并實(shí)現(xiàn)了徑向和周向的隨機(jī)分布，有效地解決了已報道過的建模方法的不足。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種考慮磨粒形狀及其分布隨機(jī)性的砂輪離散元建模方法。

本發(fā)明解決上述問題的技術(shù)方案是：一種考慮磨粒形狀及其分布隨機(jī)性的砂輪離散元建模方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)建立一個正方形邊界，并作為計算區(qū)域，在內(nèi)部生成緊密排列的顆粒；

(2)在正方形區(qū)域中心定義兩個大同心圓，其內(nèi)部圓記為C₁，外部圓記為C₂，以圓C₁作為砂輪粘結(jié)體輪廓，表征磨粒輪廓的多邊形,記為Q_i，分布于圓C₁與圓C₂之間的區(qū)域；

(3)表征磨粒輪廓的多邊形Q_i徑向分布隨機(jī)性的實(shí)現(xiàn)：定義包含多邊形的兩個小同心圓，其內(nèi)部圓記為C_i，外部圓記為C_i+1，小同心圓的圓心坐標(biāo)隨機(jī)分布于步驟(2)所述的圓C₁與圓C₂組成的區(qū)域之間；多邊形Q_i的中心與圓C_i和圓C_i+1的圓心重合，多邊形Q_i的中心坐標(biāo)在徑向的隨機(jī)分布使得表征磨粒輪廓的多邊形能夠以隨機(jī)深度嵌入粘結(jié)體輪廓內(nèi)；