CN115828472B - 一种用于模拟滚磨光整加工工件表面残余应力的方法 - Google Patents

一种用于模拟滚磨光整加工工件表面残余应力的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115828472B
CN115828472B CN202310116529.9A CN202310116529A CN115828472B CN 115828472 B CN115828472 B CN 115828472B CN 202310116529 A CN202310116529 A CN 202310116529A CN 115828472 B CN115828472 B CN 115828472B
Authority
CN
China
Prior art keywords
workpiece
virtual data
data block
block
polishing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202310116529.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115828472A (zh
Inventor
李文辉
温学杰
田涛
李秀红
杨胜强
张演
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiyuan University of Technology
Original Assignee
Taiyuan University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taiyuan University of Technology filed Critical Taiyuan University of Technology
Priority to CN202310116529.9A priority Critical patent/CN115828472B/zh
Publication of CN115828472A publication Critical patent/CN115828472A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115828472B publication Critical patent/CN115828472B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20—Recycling

Landscapes

  • Finish Polishing, Edge Sharpening, And Grinding By Specific Grinding Devices (AREA)

Abstract

本发明属于滚磨光整加工领域，提供了一种用于模拟滚磨光整加工工件表面残余应力的方法，解决了现有方法仅适用于喷丸强化这类颗粒运动特征相对简单的情况，不能模拟滚磨光整加工这种颗粒运动复杂的工况的问题。本方法将离散元和有限元相结合，利用Python搭建离散元软件EDEM和有限元软件ABAQUS的桥梁，将EDEM仿真得到的滚抛磨块对工件的作用特征提取出来并导入ABAQUS有限元软件中进行残余应力模拟。该方法利用Python工具库将离散元和有限元相结合，解决了ABAQUS中粒子生成器*Particle难以模拟滚磨光整加工复杂运动工况的问题，能够有效反映滚磨光整加工后工件表面残余应力的分布状态，并揭示滚抛磨块对工件表面的作用机制和残余应力的演变规律。

Description

一种用于模拟滚磨光整加工工件表面残余应力的方法
技术领域
本发明属于滚磨光整加工领域，具体涉及一种用于模拟滚磨光整加工工件表面残余应力的方法。
背景技术
作为一种极具发展潜力的表面成性制造技术，滚磨光整加工可在保证工件尺寸精度的前提下，降低工件表面粗糙度值，在工件表面引入残余压应力，综合改善工件的表面完整性，由于滚磨光整加工技术具有抛光强化的作用，已应用于航空航天、兵器工业、煤机装备等领域。
目前，滚磨光整加工技术的模拟方法主要为离散元仿真，离散元仿真可有效反映滚磨光整加工过程中滚抛磨块对工件的作用行为，但单纯的离散元仿真难以直观反映滚磨光整加工对工件表面应力状态的改善效果；而有限元仿真能够反映工件表面受载后引起的弹塑性变形，从而推导出工件的应力应变状态，但仅靠有限元仿真难以有效模拟颗粒对工件的复杂作用。
将离散元和有限元相结合是实现滚磨光整加工中工件残余应力模拟的有效思路，中国专利CN111797554A提供一种涡轮榫槽喷丸离散元-有限元耦合模拟方法，利用ABAQUS中DEM模块粒子生成器*Particle设置喷丸参数，模拟喷丸强化后的残余应力分布。但该方法仅适用于喷丸强化这类颗粒运动特征相对简单的情况，不能模拟滚磨光整加工这种颗粒运动复杂的工况。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的上述至少一个技术问题，提供了一种用于模拟滚磨光整加工工件表面残余应力的方法。
本发明采用如下的技术方案实现：一种用于模拟滚磨光整加工工件表面残余应力的方法，包括以下步骤：
S1：建立滚磨光整加工EDEM仿真模型，以仿真模型的坐标系作为绝对坐标系；在EDEM仿真模型中输入材料参数、接触参数、滚抛磨块参数、运动参数、仿真时间
Figure SMS_1
、取样时间间隔/>
Figure SMS_2
；导入虚拟数据块并附着在工件表面，开始EDEM仿真，仿真结束后生成HDF5文件；
S2：通过Python软件读取步骤S1中仿真生成的HDF5文件，经提取、筛选后得到虚拟数据块内与工件接触的所有滚抛磨块的相对坐标和接触力；
S3: 将步骤S2中得到的接触力分解移置到虚拟数据块的节点处，得到虚拟数据块内各节点处的等效节点载荷；
S4：重复步骤S2和S3，直至读取完所有的HDF5文件，得到所有的HDF5文件中的每个虚拟数据块内各节点处的等效节点载荷；
S5：建立滚磨光整加工ABAQUS仿真模型，设置工件的材料属性，并赋予其应力-应变关系，对工件进行网格划分；
S6：将步骤S4中得到的所有虚拟数据块内的等效节点载荷施加到ABAQUS仿真模型中的工件的相应位置，开始ABAQUS/Explicit显示动力学仿真，输出工件表面的残余应力分布。
优选地，步骤S1中，材料参数包括滚抛磨块、工件和容器的密度
Figure SMS_3
、泊松比/>
Figure SMS_4
、剪切模量/>
Figure SMS_5
；接触参数包括滚抛磨块分别与滚抛磨块、工件和容器的摩擦系数/>
Figure SMS_6
和碰撞恢复系数/>
Figure SMS_7
；滚抛磨块参数包括滚抛磨块的直径/>
Figure SMS_8
和数量/>
Figure SMS_9
。
优选地，步骤S2中，得到虚拟数据块内与工件接触的所有滚抛磨块的相对坐标和接触力的具体步骤包括：
S221：筛选出虚拟数据块的八个顶点坐标，得到虚拟数据块的空间位置；
S222：筛选出与工件接触的滚抛磨块的绝对坐标矩阵；
S223：将虚拟数据块的坐标进行欧拉角坐标变换，使虚拟数据块的中心平移至EDEM仿真模型的原点，并旋转虚拟数据块的X、Y、Z三轴使其与绝对坐标系重合；
S224：将与工件接触的滚抛磨块的绝对坐标矩阵进行同步的欧拉角坐标变换，得到与工件接触的滚抛磨块相对于虚拟数据块的相对坐标矩阵；
S225：根据坐标变化后的虚拟数据块的空间位置，筛选出虚拟数据块内与工件接触的滚抛磨块的相对坐标，并根据其在相对坐标矩阵中的位置得到滚抛磨块ID；
S226：根据滚抛磨块ID得到虚拟数据块内与工件接触的所有滚抛磨块的相对坐标和接触力。
优选地，步骤S221中，读取虚拟数据块的轮廓坐标并读取虚拟数据块上所有的轮廓点，根据各轮廓点之间距离关系判断该轮廓点是否为顶点，距离关系包括虚拟数据块的长、宽、高、体对角线和面对角线，最终提取虚拟数据块的八个顶点坐标，确定其空间位置。
优选地，步骤S222中，先提取与所有几何体接触的滚抛磨块的绝对坐标矩阵以及与之对应的接触矩阵，其中接触矩阵为M行两列的矩阵，其中一列为几何体ID，另一列为滚抛磨块ID；再通过几何体ID中的工件ID在接触矩阵中的位置筛选出与工件接触的滚抛磨块的绝对坐标矩阵。
优选地，步骤S222中，几何体ID和滚抛磨块ID均为步骤S1中建立滚磨光整加工EDEM仿真模型时自动生成，几何体包括工件、容器和虚拟数据块，几何体ID包括工件ID、容器ID和虚拟数据块ID。
优选地，S3中，通过虚功等效原则将步骤S2中得到的接触力分解移置到虚拟数据块的节点处，载荷移置的节点数量与模拟精度成正相关。
优选地，步骤S4中，HDF5文件的数量等于仿真时间/取样时间间隔。
优选地，步骤S5中，应力-应变关系采用ABAQUS中的J-C本构模型；滚磨光整加工考虑应变和应变速率对残余应力的影响，不考虑温度对残余应力的影响；故将J-C本构模型方程简化为下式：
Figure SMS_10
式中，
Figure SMS_11
为工件的动态屈服强度，/>
Figure SMS_12
为静态屈服强度，/>
Figure SMS_13
为应变硬化模量，/>
Figure SMS_14
为应变硬化指数，/>
Figure SMS_15
为应变率系数，/>
Figure SMS_16
为等效塑性应变，/>
Figure SMS_17
为参考塑性应变率。
优选地，步骤S5中，网格的数量跟虚拟数据块的节点个数相关，网格的大小等于虚拟数据块尺寸除以网格数量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明开发了一种用于模拟滚磨光整加工工件表面残余应力的方法，将离散元和有限元相结合，利用Python搭建离散元软件EDEM和有限元软件ABAQUS的桥梁，将EDEM仿真得到的滚抛磨块对工件的作用特征提取出来并导入ABAQUS有限元软件中进行残余应力模拟。
该方法利用Python工具库将离散元和有限元相结合，解决了ABAQUS中粒子生成器*Particle难以模拟滚磨光整加工复杂运动工况的问题，能够有效反映滚磨光整加工后工件表面残余应力的分布状态，并揭示滚抛磨块对工件表面的作用机制和残余应力的演变规律，为探究滚磨光整加工中滚抛磨块作用行为及其对工件表面的作用机制提供了新的方法，对于分析工件表面的残余应力演变规律具有重要意义，本方法同样适用于喷丸强化模拟仿真等其它离散元领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的流程图；
图2是一维水平振动贴壁式滚磨光整加工原理图；
图3是EDEM仿真模型中工件、虚拟数据块所在的位置图；
图4是EDEM仿真结束后生成的部分HDF5文件的截图；
图5是python中EDEMpy工具库提取的数据表；
图6是将接触力移置到虚拟数据块的节点处得到的等效节点载荷的数据表；
图7是ABAQUS仿真结束后工件的残余应力分布。
图中：1-工件；2-液体介质；3-滚抛磨块；4-容器；5-振动平台；6-虚拟数据块。
具体实施方式
结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚，完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性地劳动的前提下所得到的所有其他实施方式，都属于本发明所保护的范围。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内，需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
本发明提供了一种实施例：
一种用于模拟滚磨光整加工工件表面残余应力的方法，具体流程如图1所示，本实施例中应用于一维水平振动贴壁式滚磨光整加工中，包括以下步骤：
S1：对一维水平振动贴壁式滚磨光整加工工艺进行分析，图2给出一维水平振动贴壁式滚磨光整加工原理图，建立三维模型，分别进行网格划分并导入EDEM软件中完成装配，建立滚磨光整加工EDEM仿真模型，如图3所示，以仿真模型的坐标系作为绝对坐标系，表1为EDEM仿真模型中工件1和容器4的尺寸参数。
表1工件和容器的尺寸参数
Figure SMS_18
在EDEM仿真模型中输入材料参数、接触参数、滚抛磨块参数、运动参数、仿真时间
Figure SMS_19
、取样时间间隔/>
Figure SMS_20
；其中，材料参数包括滚抛磨块3、工件1和容器4的密度/>
Figure SMS_21
、泊松比/>
Figure SMS_22
、剪切模量/>
Figure SMS_23
，如表2所示：
表2材料参数
Figure SMS_24
接触参数包括滚抛磨块分别与滚抛磨块3、工件1和容器4的摩擦系数
Figure SMS_25
（静摩擦系数/>
Figure SMS_26
、滚动摩擦系数/>
Figure SMS_27
）和碰撞恢复系数/>
Figure SMS_28
，如表3所示：
表3接触参数
Figure SMS_29
滚抛磨块参数包括滚抛磨块1的直径
Figure SMS_31
和数量/>
Figure SMS_32
，其中滚抛磨块直径/>
Figure SMS_34
=5mm，颗粒数目为35000个；运动参数为振幅/>
Figure SMS_36
和频率/>
Figure SMS_38
，其中振幅/>
Figure SMS_40
=3.5mm，频率/>
Figure SMS_42
=25Hz；其它参数包括重力加速度/>
Figure SMS_30
、仿真时间/>
Figure SMS_33
和取样时间间隔/>
Figure SMS_35
，其中，重力加速度/>
Figure SMS_37
=-9.81 m/s2，仿真时间/>
Figure SMS_39
和取样时间间隔/>
Figure SMS_41
分别为3s和0.001s。
为便于后续EDEMpy工具库提取虚拟数据块6内与工件1接触的所有滚抛磨块3的相对坐标和接触力，且不影响滚抛磨块3在容器4内的运动情况，在仿真开始之前导入虚拟数据块6并附着在工件1表面，图3为工件、虚拟数据块所在位置（在XOZ平面内，工件沿X负方向均布12组虚拟数据块，依次编号为1-12；工件沿Z负方向均布8组虚拟数据块，依次编号为1、13、25……73、85；共计96个虚拟数据块，单个虚拟数据块尺寸为5mm×5mm×5mm）。
开始EDEM仿真，仿真结束后生成HDF5文件，HDF5文件的数量等于仿真时间/取样时间间隔，本实施例中共计3000个，如图4所示。
S2：在Python软件引入EDEMpy工具库，并读取步骤S1中仿真生成的HDF5文件，经提取、筛选后得到虚拟数据块6内与工件1接触的所有滚抛磨块3的相对坐标和接触力，如图5所示，表中的数据包括仿真时间、与工件接触的滚抛磨块ID、滚抛磨块的相对坐标（X向和Y向）、法向接触力和切向接触力。
得到虚拟数据块6内与工件1接触的所有滚抛磨块3的相对坐标和接触力的具体步骤包括：
S221：筛选出虚拟数据块的八个顶点坐标，得到虚拟数据块6的空间位置，以便后续筛选虚拟数据块6内的滚抛磨块ID；具体实现方法为读取虚拟数据块6的轮廓坐标并读取虚拟数据块6上所有的轮廓点，选取某一轮廓点，判断其它轮廓点是否满足顶点条件（与该轮廓点的距离关系等于虚拟数据块的长/宽/高/体对角线/面对角线之一），若全部满足，则该轮廓点与其它满足距离关系的轮廓点为虚拟数据块6的顶点，最终提取虚拟数据块6的八个顶点坐标，确定其空间位置。
S222：筛选出与工件1接触的滚抛磨块3的绝对坐标矩阵：先提取与所有几何体接触的滚抛磨块3的绝对坐标矩阵以及与之对应的接触矩阵，其中接触矩阵为M行两列的矩阵，其中一列为几何体ID，另一列为滚抛磨块ID；绝对坐标矩阵为K行3列的矩阵，每一行为一个滚抛磨块的绝对坐标；再通过几何体ID中的工件ID在接触矩阵中的位置筛选出与工件接触的滚抛磨块的绝对坐标矩阵。
几何体ID和滚抛磨块ID均为步骤S1中建立滚磨光整加工EDEM仿真模型时自动生成，几何体包括工件1、容器4和虚拟数据块6，几何体ID包括工件ID、容器ID和虚拟数据块ID。
S223：将虚拟数据块6的坐标进行欧拉角坐标变换，使虚拟数据块6的中心平移至EDEM仿真模型的原点，并旋转虚拟数据块6的X、Y、Z三轴使其与绝对坐标系重合；旋转矩阵如下式所示：
Figure SMS_43
Figure SMS_44
Figure SMS_45
Figure SMS_46
式中，
Figure SMS_47
、/>
Figure SMS_48
、/>
Figure SMS_49
分别为X、Y、Z三轴旋转的角度，/>
Figure SMS_50
、/>
Figure SMS_51
、/>
Figure SMS_52
分别为X、Y、Z三轴对应的旋转矩阵。
S224：将与工件1接触的滚抛磨块3的绝对坐标矩阵按照步骤S223中欧拉角坐标变换方法进行同步的欧拉角坐标变换，得到与工件1接触的滚抛磨块3相对于虚拟数据块6的相对坐标矩阵；
S225：根据坐标变化后的虚拟数据块6的空间位置，筛选出虚拟数据块6内与工件1接触的滚抛磨块3的相对坐标，并根据其在相对坐标矩阵中的位置得到滚抛磨块ID；
S226：根据滚抛磨块ID得到虚拟数据块6内与工件1接触的所有滚抛磨块3的相对坐标和接触力，其中，相对坐标指滚抛磨块3相对于虚拟数据块6的坐标，可用于之后对将接触力分解移置到虚拟数据块6内各节点处。
S3:通过虚功等效原则将步骤S2中得到的接触力分解移置到虚拟数据块6的节点处，得到虚拟数据块6内各节点处的等效节点载荷，如图6所示；载荷移置的节点数量与模拟精度成正相关，但花费的时间越长。本实施例采用的模型为六面体八节点单元空间模型，选择载荷移置的节点数量为81个，其单元载荷移置公式如下式：
Figure SMS_53
式中，
Figure SMS_54
为等效节点载荷分量，/>
Figure SMS_55
为形函数矩阵，/>
Figure SMS_56
为单元载荷分量；形函数计算公式如下式：/>
Figure SMS_57
式中，(S,T,U)为施加载荷P处进行归一化的位置点坐标。
S4：重复步骤S2和S3，直至读取完所有的HDF5文件，得到所有的HDF5文件中的每个虚拟数据块6内各节点处的等效节点载荷；
S5：建立一维水平振动贴壁式滚磨光整加工ABAQUS仿真模型，设置工件的材料属性，并赋予其应力-应变关系，应力-应变关系采用ABAQUS中的J-C本构模型；滚磨光整加工考虑应变和应变速率对残余应力的影响，不考虑温度对残余应力的影响；故将J-C本构模型方程简化为下式：
Figure SMS_58
式中，
Figure SMS_59
为工件的动态屈服强度，/>
Figure SMS_61
为静态屈服强度，/>
Figure SMS_62
为应变硬化模量，/>
Figure SMS_63
为应变硬化指数，/>
Figure SMS_64
为应变率系数，/>
Figure SMS_65
为等效塑性应变，/>
Figure SMS_66
为参考塑性应变率，一般取1/>
Figure SMS_60
。对于本实施例，工件J-C本构方程中的具体参数如表4所示。
表4工件J-C本构方程参数
Figure SMS_67
设定ABAQUS仿真类型为显式动力学，对工件1进行网格划分；网格的数量跟虚拟数据块的节点个数相关，网格的大小等于虚拟数据块尺寸除以网格数量，本实施例中虚拟数据块尺寸为5mm×5mm×5mm；单个虚拟数据块6的节点为81个，则将虚拟数据块6划分为8×8个网格；虚拟数据块尺寸除以网格数量可得，网格大小为0.625mm×0.625mm。
S6：将步骤S4中得到的所有虚拟数据块6内的等效节点载荷施加到ABAQUS仿真模型中的工件1的相应位置，开始ABAQUS/Explicit显示动力学仿真，输出工件表面的残余应力分布。由图7可以看出，最大残余压应力可达-1.189MPa，位于工件1左下方，符合工件1下方作用力强使得残余压应力大的规律。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于模拟滚磨光整加工工件表面残余应力的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：建立滚磨光整加工EDEM仿真模型，以仿真模型的坐标系作为绝对坐标系；在EDEM仿真模型中输入材料参数、接触参数、滚抛磨块参数、运动参数、仿真时间
Figure QLYQS_1
、取样时间间隔/>
Figure QLYQS_2
；导入虚拟数据块并附着在工件表面，开始EDEM仿真，仿真结束后生成HDF5文件；
S2：通过Python软件的EDEMpy工具库读取步骤S1中仿真生成的HDF5文件，经提取、筛选后得到虚拟数据块内与工件接触的所有滚抛磨块的相对坐标和接触力；
S3: 将步骤S2中得到的接触力分解移置到虚拟数据块的节点处，得到虚拟数据块内各节点处的等效节点载荷；
S4：重复步骤S2和S3，直至读取完所有的HDF5文件，得到所有的HDF5文件中的每个虚拟数据块内各节点处的等效节点载荷；
S5：建立滚磨光整加工ABAQUS仿真模型，设置工件的材料属性，并赋予其应力-应变关系，对工件进行网格划分；
S6：将步骤S4中得到的所有虚拟数据块内的等效节点载荷施加到ABAQUS仿真模型中的工件的相应位置，开始ABAQUS/Explicit显示动力学仿真，输出工件表面的残余应力分布。
2.根据权利要求1所述的一种用于模拟滚磨光整加工工件表面残余应力的方法，其特征在于：所述步骤S1中，材料参数包括滚抛磨块、工件和容器的密度
Figure QLYQS_3
、泊松比/>
Figure QLYQS_4
、剪切模量/>
Figure QLYQS_5
；接触参数包括滚抛磨块分别与滚抛磨块、工件和容器的摩擦系数/>
Figure QLYQS_6
和碰撞恢复系数/>
Figure QLYQS_7
；滚抛磨块参数包括滚抛磨块的直径/>
Figure QLYQS_8
和数量/>
Figure QLYQS_9
。
3.根据权利要求1所述的一种用于模拟滚磨光整加工工件表面残余应力的方法，其特征在于：所述步骤S2中，得到虚拟数据块内与工件接触的所有滚抛磨块的相对坐标和接触力的具体步骤包括：
S221：筛选出虚拟数据块的八个顶点坐标，得到虚拟数据块的空间位置；
S222：筛选出与工件接触的滚抛磨块的绝对坐标矩阵；
S223：将虚拟数据块的坐标进行欧拉角坐标变换，使虚拟数据块的中心平移至EDEM仿真模型的原点，并旋转虚拟数据块的X、Y、Z三轴使其与绝对坐标系重合；
S224：将与工件接触的滚抛磨块的绝对坐标矩阵进行同步的欧拉角坐标变换，得到与工件接触的滚抛磨块相对于虚拟数据块的相对坐标矩阵；
S225：根据坐标变化后的虚拟数据块的空间位置，筛选出虚拟数据块内与工件接触的滚抛磨块的相对坐标，并根据其在相对坐标矩阵中的位置得到滚抛磨块ID；
S226：根据滚抛磨块ID得到虚拟数据块内与工件接触的所有滚抛磨块的相对坐标和接触力。
4.根据权利要求3所述的一种用于模拟滚磨光整加工工件表面残余应力的方法，其特征在于：所述步骤S221中，读取虚拟数据块的轮廓坐标并读取虚拟数据块上所有的轮廓点，根据各轮廓点之间距离关系判断该轮廓点是否为顶点，距离关系包括虚拟数据块的长、宽、高、体对角线和面对角线，最终提取虚拟数据块的八个顶点坐标，确定其空间位置。
5.根据权利要求4所述的一种用于模拟滚磨光整加工工件表面残余应力的方法，其特征在于：所述步骤S222中，先提取与所有几何体接触的滚抛磨块的绝对坐标矩阵以及与之对应的接触矩阵，其中接触矩阵为M行两列的矩阵，其中一列为几何体ID，另一列为滚抛磨块ID；再通过几何体ID中的工件ID在接触矩阵中的位置筛选出与工件接触的滚抛磨块的绝对坐标矩阵。
6.根据权利要求5所述的一种用于模拟滚磨光整加工工件表面残余应力的方法，其特征在于：所述步骤S222中，几何体ID和滚抛磨块ID均为步骤S1中建立滚磨光整加工EDEM仿真模型时自动生成，几何体包括工件、容器和虚拟数据块，几何体ID包括工件ID、容器ID和虚拟数据块ID。
7.根据权利要求6所述的一种用于模拟滚磨光整加工工件表面残余应力的方法，其特征在于：所述步骤S3中，通过虚功等效原则将步骤S2中得到的接触力分解移置到虚拟数据块的节点处，载荷移置的节点数量与模拟精度成正相关。
8.根据权利要求1所述的一种用于模拟滚磨光整加工工件表面残余应力的方法，其特征在于：所述步骤S4中，HDF5文件的数量等于仿真时间/取样时间间隔。
9.根据权利要求1所述的一种用于模拟滚磨光整加工工件表面残余应力的方法，其特征在于：所述步骤S5中，应力-应变关系采用ABAQUS中的J-C本构模型；滚磨光整加工考虑应变和应变速率对残余应力的影响，不考虑温度对残余应力的影响；故将J-C本构模型方程简化为下式：
Figure QLYQS_10
式中，
Figure QLYQS_11
为工件的动态屈服强度，/>
Figure QLYQS_12
为静态屈服强度，/>
Figure QLYQS_13
为应变硬化模量，/>
Figure QLYQS_14
为应变硬化指数，/>
Figure QLYQS_15
为应变率系数，/>
Figure QLYQS_16
为等效塑性应变，/>
Figure QLYQS_17
为参考塑性应变率。
10.根据权利要求1所述的一种用于模拟滚磨光整加工工件表面残余应力的方法，其特征在于：所述步骤S5中，网格的数量跟虚拟数据块的节点个数相关，网格的大小等于虚拟数据块尺寸除以网格数量。
CN202310116529.9A 2023-02-15 2023-02-15 一种用于模拟滚磨光整加工工件表面残余应力的方法 Active CN115828472B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310116529.9A CN115828472B (zh) 2023-02-15 2023-02-15 一种用于模拟滚磨光整加工工件表面残余应力的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310116529.9A CN115828472B (zh) 2023-02-15 2023-02-15 一种用于模拟滚磨光整加工工件表面残余应力的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115828472A CN115828472A (zh) 2023-03-21
CN115828472B true CN115828472B (zh) 2023-05-26

Family

ID=85521461

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310116529.9A Active CN115828472B (zh) 2023-02-15 2023-02-15 一种用于模拟滚磨光整加工工件表面残余应力的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115828472B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117113792B (zh) * 2023-10-23 2024-01-30 太原理工大学 一种基于edem提取滚磨光整加工三维力链网络的方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104866652A (zh) * 2015-04-29 2015-08-26 西北工业大学 一种基于abaqus的喷丸强化变形的有限元模拟方法
CN111797554A (zh) * 2020-06-30 2020-10-20 北京航空航天大学 一种涡轮榫槽喷丸离散元-有限元耦合多尺度模拟方法
CN112036071A (zh) * 2020-09-25 2020-12-04 安徽理工大学 一种考虑表面粗糙度的有限元与离散元相耦合的喷丸强化数值模拟方法
WO2021253963A1 (zh) * 2020-06-16 2021-12-23 大连理工大学 一种薄壁微铣削变形预测方法
WO2022166322A1 (zh) * 2021-02-03 2022-08-11 厦门振为科技有限公司 一种阻尼减振器及其减振设计方法
CN115587449A (zh) * 2022-10-31 2023-01-10 浙江工业大学 一种基于edem离散元的抛丸器变曲率叶片磨损仿真方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104866652A (zh) * 2015-04-29 2015-08-26 西北工业大学 一种基于abaqus的喷丸强化变形的有限元模拟方法
WO2021253963A1 (zh) * 2020-06-16 2021-12-23 大连理工大学 一种薄壁微铣削变形预测方法
CN111797554A (zh) * 2020-06-30 2020-10-20 北京航空航天大学 一种涡轮榫槽喷丸离散元-有限元耦合多尺度模拟方法
CN112036071A (zh) * 2020-09-25 2020-12-04 安徽理工大学 一种考虑表面粗糙度的有限元与离散元相耦合的喷丸强化数值模拟方法
WO2022166322A1 (zh) * 2021-02-03 2022-08-11 厦门振为科技有限公司 一种阻尼减振器及其减振设计方法
CN115587449A (zh) * 2022-10-31 2023-01-10 浙江工业大学 一种基于edem离散元的抛丸器变曲率叶片磨损仿真方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Analysis of crankshaft barrel finishing based on discrete element method;Tian Yu等;《Modern Manufacturing Engineering》(第3期);79-83 *
主轴式滚磨光整加工EDEM-FLUENT耦合仿真模拟分析研究;赵恺等;《机械设计与制造》;1-6 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN115828472A (zh) 2023-03-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108629147B (zh) 一种多晶体几何建模方法
Jerier et al. Study of cold powder compaction by using the discrete element method
Pandolfi et al. An efficient adaptive procedure for three-dimensional fragmentation simulations
CN115828472B (zh) 一种用于模拟滚磨光整加工工件表面残余应力的方法
Gethin et al. A discrete deformable element approach for the compaction of powder systems
CN106777807B (zh) 一种粉末冶金随机粒度分布3d有限元建模与仿真方法
Gómez-López et al. Simulation and modeling of single point incremental forming processes within a solidworks environment
CN113722958B (zh) 一种不规则形状小天体引力场高效建模方法
Rayhan et al. Modeling of fuel in crashworthiness study of aircraft with auxiliary fuel tank
CN117116390A (zh) 一种适用于格子离散粒子模型复杂计算域的离散化方法
CN108256246B (zh) 一种基于Unity3D的多孔材料的设计方法和装置
Schiller et al. Generation of artificial learning data to train functional meta-models of micro gears
Jeong et al. Equivalent stiffness modeling of linear motion guideways for stage systems
CN112685936B (zh) 一种用于贝壳珍珠母微结构有限元分析的建模方法
CN114444230A (zh) 一种超临界co2作用下准脆性材料变形-碎裂的模拟方法
Villumsen et al. Prediction of cutting forces in metal cutting, using the finite element method, a Lagrangian approach
Khokhlov A software package for modeling the propagation of dynamic wave disturbances in heterogeneous multi-scale media
Hu et al. 3D mode discrete element method with the elastoplastic model
Shchurova Voxel micro-modeling of composite structures based on scanning of material real objects
Li et al. Computer simulation of random sphere packing in an arbitrarily shaped container
Eberhard et al. Particles-bridging the gap between solids and fluids
Ali et al. Fast Generation of Demolition Special Effects on 3D Buildings
Drlik Simulation of the crushing of a two-dimensional particle bed due to compressive loading
Khoei et al. The genetic algorithm approach for shape optimization of powder compaction processes considering contact friction and cap plasticity models
Wang et al. High Performance Computation and DEM Software Development

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant