应姆著，葛新石等译传热学，北京科学出版社王歇成，韵敏有限单元法基本原理和数值方法，北京清华大学出版社方刚，曾攀切削加工过程数值模拟的研究进展，力学进展，，边界即已知周围介质的温度和对流换热系数传热问题的变分原理对方程和般边界条件的泛函式取极值。对于瞬态温度场，的变分与时间无关，即，因而得出由于所以同理代入方程，得利用奥高公式曲面积分与三重积分的关系，当曲面包围的区域为的外法，线方向余弦为则有则有因此由上式得从可以看到，由于任意性，要使，必须满足下列两个条件右边第项必须是零，即边界上必须满足的条件为这就是边界条件。右边另两项必须是零，即区域上必须满足的条件为单元温度场将空间域离离散为有限个单元体，在典型单元内各点的温度可以近似地用单元的节点温度，得到式中是每个单元的结点个数力是插值函数，是型插值函数，具有下述性质及取黏态温度场四边形单元，温度沿单元的分布是坐标和坐标的函数，可近似的表示为图典型的四边形单元建立局部坐标系，节点的温度满足以下条件将上述节点的条件代入方程中，并求解得出将，的值代入方程中，合并同类项，得到由插值函数表示的温度分布插值函数为将方程进行离散，即由于将上面各式代入，得由于令则为雅可比转化矩阵的逆矩阵。将方程代入方程，并代入方程，将各单元方程组装整理，可得这是组以时间为独立变量的线性常微分方程组。式中是热容矩阵，是热传导矩阵，和都是对称正定矩阵。是温度载荷列阵，是节点温度列阵，是节点温度对时间的导数列阵。矩阵的元素由单元相应的矩阵元素集成其中，单元对热传导矩阵的贡献单元热交换边界对热传导矩阵的修正单元对热容矩阵的贡献单元热源产生的温度载荷单元给定热流边界的温度载荷单元对流换热边界的温度载荷至此，己将时间域和空间域的偏微分方程间题在空间域内离散为个节点温度的常微分方程的初值问题。对于给定温度值的边界上的个节点，方程组中相应的式子应引入以下条件式中是上的个节点的编号。综上所述，在同增量区间内分别迭代计算速度场与温度场，通过相关的公式将温度场和速度场联系起来，即可得所需的温度场。由于温度解的非线性特征很弱，因此程序处理较为简单，解的精度较高，是求解切削过程中温度场的好方法。有限元软件简介论文使用的有限元软件主要包括三个主要部分前处理器仿真和后置处理。前处理器包括以下内容材料属性的选择弹性塑性材料和传热系数，如弹氏模量热膨胀系数应力传热系数等。对象的确定包括几何特征单元网格运动温度边界定义温度边界的确定。假设刀具运动，工件保持不动，环境温度，需要定义刀具和工件的温度与变形的边界条件。对象边界定义刀具和工件的接触条件摩擦等。仿真控制确定参数算法和步骤。数据库核对并生成数据库。进行仿真。后置处理是用来从数据库中提取数据和观察仿真结果，提取的信息主要包括以下内容几何形状的变化，包括刀具的运动情况和每子步中的网格变形情况等值线图显示结果，可将应力应变应变率温度等的变化情况用云图或等值线形象直观表示出来矢量图显示结果，可将切削过程中每子步每节点的位移和速度以矢量的形式表示出来主要变量的变化曲线，如压力，温度等绘制拾取点应力应变温度等变化曲线绘制用户指定路径的应力应变温度等变化曲线。第四章高速正交切削过程中的温度场数值模拟在高速切削加工过程中，由于刀具工件之间的高速相对运动，切削刃附近很难放置传感器，难以直接测量局部切削区的切削温度。利用远红外传感技术，只能测得整个切削区域的平均温度，为切削区温度场的研究切削机理的分析带来很大困难。随着计算机技术硬件软件和有限元理论的研究深入及其在各学科领域应用的拓展，可以应用越来越多的先进技术和方法对金属切削过程温度场进行数值模拟。有限元模拟技术在切削过程中的应用，不仅使过程分析得以形象化和可视化，节省大量的人力和物力，而且还可以解决些目前无法在实验室进行直接研究的复杂问题。本章通过对高速切削过程中的温度场进行数值模拟，得出切削区的温度场分布情况，分析了切削速度切削厚度和刀具前角对切削温度的影响，为研究高速切削过程提供了有利的参考依据。切削过程中温度场有限元数值模拟正交切削模型的建立正交切削模型的建立对高速切削温度进行有限元数值模拟，所建的正交切削模型如图所示。图正交切削模型和边界条件刀屑摩擦区摩擦系数的确定大量的实验表明，前刀面上的应力分布是不均匀的，正应力随着刀具行程的增加而增加，而剪切应力优先增加，然后达到个近似的常值。也就是说，在前刀面上有两个明显的工作区滑移区和粘结区。在滑移区中，正应力相对较小，几乎没有干摩擦。在粘结区，由于正应力很大，再加上几百度的高温，切屑底部与前刀面发生粘结现象，摩擦应力几乎是个常数。因此，在滑移区域采用常系数摩擦即库仑定律，粘着区使用常摩擦应力，表示为为摩擦应力，是摩擦系数，正应力,是切削材料的剪切应力。上述的摩擦模型广泛应用于有限元切削模型中。可从切屑流动应力得出常摩擦系数。但是很难用普通摩擦试验得出滑移区的摩擦系数，因为滑移区的摩擦条件与普通摩擦试验不同，切屑底层是高应变表面，由于塑性变形硬度是工件材料的两倍，硬度的变化引起摩擦系数的改变。综合些资料，本文设定剪切区和滑移区各占刀屑接触长度的半。在粘结区，设定较大的摩擦系数为，代替切屑的内摩擦在滑移区，摩擦系数为刀具与切屑之间的摩擦系数，其摩擦系数为。切屑分离准则切屑分离准则分为两种类型几何准则和物理准则。几何准则主要通过变形体几何尺寸的变化来判断分离与否。而物理准则主要根据制定的些物理量的值是否达到了临界值而建立的，主要基于等效塑性应变准则应变能量密度准则断裂应力准则等。几何准则是在工件的切屑层和工件层之间预先设定了个分离线，在分离线上切屑和工件的点重合。当工件中的点和切削刃之间的距离小于临界值时，该点上的两点工件上的点和切屑上的点不再重合，被认为分开。几何准则的模型简单，但它不是根据切屑分离的物理条件建立的，不具备物理性质。因此，使用几何准则很难找到种通用的临界值，以适应切削加工中不同的材料以及不同的加工工艺。物理准则是基于刀尖前的单元节点而定义的，当给定物理量的值超过材料的相物理，保证回风巷道断面为。巷高平均宽,高，断面，落底厚为，辅助回风上山，回风上山，落底量为。合计出矸量为。预计落底工期年，新掘回风上山工期预计年个月，改造资金万元。方案比较综合比较以上三种方案，具体见下表采区回风系统优化方案对比表。通过分析比较，方案三更为合理有利，与矿井接替长远规划更为配套，决定采用方案三对矿井通系统进行调整。见附图，采区回风系统优化方案三。对比方案优点缺点方案出矸量为，出矸量最少。落底部分矸石比较松散，容易破岩出矸。利于巷道全面的维护，提高其利用率。回风巷出口与各车场联巷较少，且巷道内没有轨道，只能采用人工背渣，运输极为不便。容易受其他地点施工的影响，工作时间有限，整改期限长。拉底需放炮作业，因巷道内布置有抽放管路，施工难度大，工期最长。因在回风作业工程量大，工期长，拉底须全矿停产，严重影响矿井原煤产量及开掘进尺。方案二出矸量为，出矸较多，但运输较为方便。方案中的三条巷道现已失修严重，可以趁机进行维护。施工均为刷扩老巷道，施工工艺比较简单。辅助进风上山改为回风巷，人员进入工作地点较困难，增加职工的劳动强度。轨道上山作为行人巷，影响轨道提升物料的时间。皮带上山为运煤上山，影响刷扩速度，工期相对较长。对回风上山落底时较方案对原煤产量和采掘进尺有定影响。出矸量较多，工作量大。方案三出矸量，总出矸量最多，落底出矸量，相对较少。掘进新巷道不易受其他条件影响。大部分工程量为施工新巷道，运输较为方便。可为后期采区开拓时回风服务，同时服务于底抽巷开口。为回风上山拉底采用皮带出矸创造了条件，可以加快回风上山清矸速度。工期相对较短。此方案工作量为掘进实体巷道，施工工艺相对复杂。对回风上山落底时较方案对原煤产量及采掘进尺有定影响。梁北矿通风优化改造后通风能力核定改造后通风概况通风方式方法矿井通风方式为中央分列与中央并列混合抽出式，采区采区实行分区通风，通风系统简单稳定可靠。进回风井筒数量及风量进风井筒有个，即混合井和副井，其中混合井筒直径，净断面，允许最大进风量为，目前进风量为副井井筒直径，净断面，允许最大进风量为，目前进风量为。回风井筒个，即东风井，其直径，净断面,回风量为中央风井井筒直径，净断面，回风量为。矿井需要风量实际风量及有效风量矿井需进风量，总进风量，总回风量，有效风量率。矿井瓦斯等级矿井瓦斯等级瓦斯和二氧化碳的绝对相对涌出量矿井为煤与瓦斯突出矿井，年鉴定绝对瓦斯涌出量，相对瓦斯涌出量绝对二氧化碳涌出量，相对二氧化碳涌出量。主通风设备及运行参数风量风压通风阻力等积孔中央风井安装两台№型防爆对旋轴流式通风机，台运转，台备用,额定风量。目前，风机双级运行，风叶角度Ⅰ级Ⅱ级，频率，工作风量，通风负压，等积孔。东风井安装两台№型防爆对旋轴流式通风机，台运转，台备用,额定风量。目前，风机双级运行，风叶角度Ⅰ级Ⅱ级，工作风量，通风负压，等积孔。分区通风情况矿井生产主要布置在采区和采区，实行分区通风。依据年矿井生产经营计划采区布置有个采煤工作面采备，个掘进工应姆著，葛新石等译传热学，北京科学出版社王歇成，韵敏有限单元法基本原理和数值方法，北京清华大学出版社方刚，曾攀切削加工过程数值模拟的研究进展，力学进展，，边界即已知周围介质的温度和对流换热系数传热问题的变分原理对方程和般边界条件的泛函式取极值。对于瞬态温度场，的变分与时间无关，即，因而得出由于所以同理代入方程，得利用奥高公式曲面积分与三重积分的关系，当曲面包围的区域为的外法，线方向余弦为则有则有因此由上式得从可以看到，由于任意性，要使，必须满足下列两个条件右边第项必须是零，即边界上必须满足的条件为这就是边界条件。右边另两项必须是零，即区域上必须满足的条件为单元温度场将空间域离离散为有限个单元体，在典型单元内各点的温度可以近似地用单元的节点温度，得到式中是每个单元的结点个数力是插值函数，是型插值函数，具有下述性质及取黏态温度场四边形单元，温度沿单元的分布是坐标和坐标的函数，可近似的表示为图典型的四边形单元建立局部坐标系，节点的温度满足以下条件将上述节点的条件代入方程中，并求解得出将，的值代入方程中，合并同类项，得到由插值函数表示的温度分布插值函数为将方程进行离散，即由于将上面各式代入，得由于令则为雅可比转化矩阵的逆矩阵。将方程代入方程，并代入方程，将各单元方程组装整理，可得这是组以时间为独立变量的线性常微分方程组。式中是热容矩阵，是热传导矩阵，和都是对称正定矩阵。是温度载荷列阵，是节点温度列阵，是节点温度对时间的导数列阵。矩阵的元素由单元相应的矩阵元素集成其中，单元对热传导矩阵的贡献单元热交换边界对热传导矩阵的修正单元对热容矩阵的贡献单元热源产生的温度载荷单元给定热流边界的温度载荷单元对流换热边界的温度载荷至此，己将时间域和空间域的偏微分方程间题在空间域内离散为个节点温度的常微分方程的初值问题。对于给定温度值的边界上的个节点，方程组中相应的式子应引入以下条件式中是上的个节点的编号。综上所述，在同增量区间内分别迭代计算速度场与温度场，通过相关的公式将温度场和速度场联系起来，即可得所需的温度场。由于温度解的非线性特征很弱，因此程序处理较为简单，解的精度较高，是求解切削过程中温度场的好方法。有限元软件简介论文使用的有限元软件主要包括三个主要部分前处理器仿真和后置处理。前处理器包括以下内容材料属性的选择弹性塑性材料和传热系数，如弹氏模量热膨胀系数应力传热系数等。对象的确定包括几何特征单元网格运动温度边界定义温度边界的确定。假设刀具运动，工件保持不动，环境温度，需要定义刀具和工件的温度与变形的边界条件。对象边界定义刀具和工件的接触条件摩擦等。仿真控制确定参数算法和步骤。数据库核对并生成数据库。进行仿真。后置处理是用来从数据库中提取数据和观察仿真结果，提取的信息主要包括以下内容几何形状的变化，包括刀具的运动情况和每子步中的网格变形情况等值线图显示结果，可将应力应变应变率温度等的变化情况用云图或等值线形象直观表示出来矢量图显示结果，可将切削过程中每子步每节点的位移和速度