[發明專利]一種顆粒增強鈦基復合材料高速磨削溫度預測方法

在審

• 申請號: 201910128621.0
• 申請日: 2019-02-21
• 公開（公告）號: CN110046375A
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 丁文鋒;周歡;李征;徐九華;傅玉燦;蘇宏華;趙正彩;楊長勇;陳燕;張全利
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 曹翠珍

1.一種顆粒增強鈦基復合材料高速磨削溫度預測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：顆粒增強鈦基復合材料中增強顆粒分布規律統計

首先，通過專業圖像處理軟件ImageJ將掃描電鏡獲取的鈦基復合材料微觀結構圖轉化為二值化圖；

然后，用等距當量橢球對增強顆粒進行簡化，得到等矩當量橢圓的長軸a數值和橢圓的短長軸之比c＝b/a，確定增強顆粒的大小與扁平程度，分析得到復合材料中增強相分布規律；

步驟二：三維復合材料有限元仿真建模

三維復合材料有限元仿真建模包括工件模型建立、單元類型選取和網格劃分；

建立的三維復合材料有限元仿真模型中增強顆粒的形狀和大小符合步驟一所述的統計規律，并且為了計算方便規定任意兩個顆粒不重疊；

網格單元類型選用Solid70熱單元，該單元為六面8節點結構，每個節點具有一個溫度自由度，適用于瞬態分析；

在利用ANSYS進行網格劃分時，將增強顆粒與基體材料結合面上網格綁定在一起，使之具有相同的溫度；

步驟三：有限元仿真邊界條件設定

有限元仿真邊界條件包括高速磨削過程中傳入工件的熱量比例、對流換熱系數、移動熱源分布模型、工作環境初始溫度的確定；

步驟四：三維溫度場仿真分析與驗證

對顆粒增強鈦基復材高速磨削溫度場的三維復合材料有限元仿真結果進行驗證。

2.根據權利要求1所述的一種顆粒增強鈦基復合材料高速磨削溫度預測方法，其特征在于步驟一所述用等距當量橢球對增強顆粒進行簡化，其中等距表示簡化前后對形心的中心距不變，當量的意思是簡化前后體積保持不變。

3.根據權利要求1所述的一種顆粒增強鈦基復合材料高速磨削溫度預測方法，其特征在于步驟一，所述通過專業圖像處理軟件ImageJ將掃描電鏡獲取的鈦基復合材料微觀結構圖轉化為二值化圖的計算方法如下：

將增強顆粒的邊界在直角坐標系xoy中表示為f(x,y)，則該不規則曲線的幾何矩可表示為式(1)：

該不規則曲線所圍成的面積可以表示為零階矩：

該圖形的形心坐標可以用下式計算得到：

對于等距當量橢圓的長軸a和短軸b與旋轉的角度θ求解過程如下：

假設存在一個新的坐標系x’oy’與原坐標系xoy的原點重合，新坐標系與原坐標系相差角度θ，且新的坐標系中x’和y’軸分別與橢球的長短軸重合，坐標原點與橢球形心重合，則需要求解的等距當量橢球可以表示為：

等矩當量橢球的長軸a和短軸b和坐標旋轉的角度θ，可通過式(6)到式(8)聯立求解得：

πab＝M'₀₀ (7)

a³bπ/4＝M′₂₀ (8)

式中，

4.根據權利要求1所述的一種顆粒增強鈦基復合材料高速磨削溫度預測方法，其特征在于，步驟二：三維復合材料有限元仿真建模的過程是：先用MATLAB隨機函數生成鈦基復合材料中增強顆粒形心坐標，然后刪除重疊顆粒，再使用ANSYS建模軟件讀取形心坐標根據統計的增強顆粒形狀分布規律，建立增強顆粒仿真模型；

建立復合材料的基體仿真模型的方法是：先建立長寬高為a×b×c的立方體，然后與增強顆粒進行布爾運算，去除該立方體中與增強顆粒重疊的部分，在該立方體中形成與增強顆粒一一對應匹配的孔洞，即可得到基體模型。