[發明專利]一種三維連續切削有限元分析方法、裝置及電子設備

在審

• 申請號: 202210322797.1
• 申請日: 2022-03-30
• 公開（公告）號: CN114859813A
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 莊可佳;周勝強;李明;高金強;姚新
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G05B19/19
• 分類號: G05B19/19;G06F30/23;G06F30/28;G16C60/00
• 代理公司: 武漢智嘉聯合知識產權代理事務所(普通合伙) 42231
• 代理人: 張璐

本發明涉及一種三維連續切削有限元分析方法、裝置及電子設備，包括：獲取實際工件的幾何參數和實際刀具的刀具參數；根據所述刀具參數和所述幾何參數進行裝配，得到耦合歐拉?拉格朗日模型，并針對不同區域進行網格劃分，生成三維連續切削的有限元網格模型；根據實際工件和實際刀具的材料參數，建立材料模型；針對所述有限元網格模型的不同區域，設置不同的模型參數進行切削仿真，并提取仿真的切削數據。本發明在三維連續切削有限元模型中，針對不同區域設置網格，且網格在空間中固定，完全避免了網格過度變形而導致仿真中斷，同時可以將網格尺寸設置成很小，更大程度的保證了仿真的精確性。

技術領域

本發明涉及機械加工技術領域，尤其涉及一種三維連續切削有限元分析方法、裝置及電子設備。

背景技術

在機械加工領域中，金屬切削扮演著重要角色。金屬切削是金屬零件或部件成型的主要操作步驟之一。金屬切削是一種材料大變形、高應變和高應變率以及高溫高壓的一個過程，這過程中存在非常復雜的力熱耦合機制，對已加工表面性能影響巨大。在切削之前需要確定合理的加工參數、刀具幾何形狀和切削環境等來優化切削性能，改善切削過程中的切削力、切削熱、切削后的已加工表面的殘余應力以及表面粗糙度等指標來獲得較優的表面質量。

然而，確定合理加工參數的傳統方法是通過大量的重復實驗來對金屬材料進行試切，其設備成本高，實驗周期長，效率緩慢，同時實驗存在非常多不可避免的因素從而導致測試結果與實際結果偏差很大。通過建立切削過程中的解析模型可以更加快速方便的得到較優加工參數，但建模復雜，且建模時需要大量假設以及求解困難，導致分析過程與實際的切削加工相偏離。利用有限元的方法能夠很好的避免上述所遇到的問題。

連續切削在機械加工過程中必然被涉及，通過有限元方法來研究不同切削次數之間的相互關系。而現有技術中，連續切削有限元研究方法大都僅限于二維模型，不能更直觀的模擬實際工況。少數研究三維連續切削的傳統方法也只是在將二維模型拉伸至一定寬度來進行正交切削，這其實與二維的有限元仿真沒有太大的區別，也難以與實際的切削加工相對應。除此之外，一方面，傳統的二維和三維連續切削有限元仿真網格繪制較大，降低了仿真預測結果的精度；另一方面，現有的連續切削有限元仿真是將前一次切削的結果導入下一次切削模型中，然后再進行模擬切削，這樣操作繁瑣，工作量大，且未考慮前一次切削后對工件表面狀態的影響等而不滿足實際加工過程，同時在仿真過程中非常容易出現網格畸變而中斷程序。因此，如何高效地建立三維連續切削仿真模型是亟待解決的問題。

發明內容

有鑒于此，有必要提供及一種三維連續切削有限元分析方法、裝置及電子設備，用以克服現有技術中難以高效地建立三維連續切削仿真模型的問題。

為了解決上述技術問題，本發明提供一種三維連續切削有限元分析方法，包括：

獲取實際工件的幾何參數和實際刀具的刀具參數；

根據所述刀具參數和所述幾何參數進行裝配，得到耦合歐拉-拉格朗日模型，并針對不同區域進行網格劃分，生成三維連續切削的有限元網格模型；

根據實際工件和實際刀具的材料參數，建立材料模型；

針對所述有限元網格模型的不同區域，結合所述材料模型，設置不同的模型參數進行切削仿真，并提取仿真的切削數據。

進一步地，所述根據所述刀具參數和所述幾何參數進行裝配，得到耦合歐拉-拉格朗日模型，包括：

根據所述刀具參數，建立實際刀具的拉格朗日模型；

根據所述幾何參數，建立實際工件的歐拉模型；

根據所述拉格朗日模型和所述歐拉模型進行裝配，確定所述耦合歐拉-拉格朗日模型。

進一步地，所述并針對不同區域進行網格劃分，生成三維連續切削的有限元網格模型，包括：