基于有限元法孔型零件不同温度场下的热变形计算及预测

摘要

热胀冷缩是自然界物质的固有属性,温度变化引起的热变形对机械设备、仪器仪表精度以及武器装备正常使用的影响越来越大。传统的热变形理论忽略了外力作用,只考虑材料受自身属性的影响。实际上,热应力产生的变形量在总的热变形量中占有一定的比例,对热变形量的计算非常重要。由于传统的热变形理论忽略了零件内部温度不均产生热应力,进而产生的热变形量,对于精度要求不是很高的零件可以正常使用,而对于高精度或现代纳米精度来讲是不适用的。本文以机械体系中常见的孔型零件为基础,结合经典的热变形计算公式,推导了孔型零件稳态均匀温度场热变形计算公式。运用有限元分析软件(主要采用ANSYS软件的热分析模块),验证了公式的正确性。 有限元数值分析软件在求解稳态非均匀温度场孔型零件热变形量时,考虑了孔型零件受外力、温度不均产生热应力等各种因素对热变形的影响。借助有限元软件数值分析的结果,对影响工作状态下孔型零件热变形误差的主要因素进行了分析,建立了热变形的预测及误差修正公式。 稳态温度场是机械系统处于稳定运行状态下的表现。实际上,零件在工作状态下常常处于动态温度场中。借助于有限元分析软件,分析了孔型零件动态温度场的热变形情况及其影响的主要因素。为减小孔型零件动态热变形量提供了设计上的理论依据。 止口零件是某型武器机械系统中的重要配合部件,在长期的加工、装配和使用过程中发现,止口零件的热变形是产生加工误差的重要因素。传统的加工方法多靠人工经验进行最后一刀的切削。运用有限元分析软件,建立了止口零件热变形计算模型。有效的解决了止口零件因热变形产生加工误差的问题。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1热误差研究意义

1.2热误差理论的发展及应用状况

1.2.1国外热误差理论的发展及应用

1.2.2国内热误差理论的发展及应用

1.3主要研究内容

第二章孔型零件热变形的基础理论

2.1引言

2.2孔型零件热变形计算中的传热理论

2.2.1传热的基本方式

2.2.2导热的基础理论

2.3热膨胀基础理论

2.3.1热膨胀的基础理论

2.3.2热膨胀系数

2.4产生孔型零件热变形误差的主要因素

2.5本章小结

第三章孔型零件稳态温度场热变形计算

3.1引言

3.2稳态均匀温度场孔型零件热变形计算公式

3.3有限元法求解孔型零件稳态均匀温度场热变形

3.3.1有限元法

3.3.2ANSYS有限元分析软件

3.3.3ANSYS分析软件验证求解

3.4孔型零件受外力作用稳态非均匀温度场的热变形

3.4.1稳态非均匀温度场孔型零件内部任意点热膨胀计算公式

3.4.2ANSYS软件求解工作状况下孔型零件的热变形

3.5本章小结

第四章孔型零件动态温度场的热变形计算

4.1引言

4.2孔型零件非稳态导热过程

4.3热对流系数及其对孔型零件热变形的影响

4.3.1热对流系数

4.3.2影响对流传热的主要因素

4.3.3获得对流传热系数的方法

4.4孔型零件在动态温度场的热变形

4.4.1动态热分析前处理

4.4.2动态热分析的加载

4.4.3孔型零件动态热分析的后处理

4.5影响孔型零件动态热变形因素分析

4.6本章小结

第五章某型武器系统中止口零件热变形计算

5.1引言

5.2止口零件的热变形计算

5.2.1止口零件第一种加工方法的热变形计算

5.2.2止口零件第二种加工方法的热变形计算

5.2.3结果分析

5.3ANSYS热分析软件误差分析

5.4本章小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢