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物理图像则是由像素较多面积较大的块构成，中值滤波效果很好。简单边缘检测算子由于边缘是图像上灰度变化比较剧烈的地方，在灰度突变处进行微分，将产生高值，因此在数学上可用灰度的导数来表示变化。最早的边缘检测方法都是基于像素的数值导数的，在数字图像中应用差分代替导数。边缘检测可借助空域微分算子卷积完成。,,,上式可见，导数运算简单易行，但有方向性，只适用于种方向上的边缘。梯度算子梯度对应着阶导数，梯度是图像处理中最为常用的次微分方法。对于个连续函数它在位置,的梯度可表示为个矢量,这个矢量的幅度和方向分别是第章车牌图像的边缘检测,以上三式中的偏导数需要对每个像素计算，实际应用时常用小区域模板卷积来近似计算。对各用个模板，两个模板组合起来以构成个梯度算子。在图像边缘检测中，还经常用到梯度算子和算子检测边缘。算子采用的是对角方向相邻两像素之差，即,,梯度是以,为中心的，在这个中心点上连续梯度的近似。从效果上看用该算子检测边缘较好。梯度算子实现做加权平均，然后再微分，即,,算子有定的噪声抑制能力，在检测阶跃边缘是得到的边缘宽度至少为两像素。是有两个的模板组成，算子是由两个的模板组成，如图所示。算子算子图常用梯度模板四川理工学院本科毕业设计论文拉普拉斯算子拉普拉斯算子是种不依赖于边缘方向的二阶微分算子，它是标量而不是矢量，而且具有旋转不变即各向同性的性质，在图像处理中经常被用来提取图像的边缘，表达式数字图像的近似式为函数的拉普拉斯变换也可借助各种模板来实现。模板的基本要求是对应中心像素的系数为正，对应中心像素临近像素的值为负，且他们的和应为。模板如图所示。图拉普拉斯算子的模板由于该算子是种二阶导数算子，所以对图像中的噪声相当敏感。另外它常产生双像素的边缘，而且也不能检测边缘方向的信息。由于上述原因，拉普拉斯算子很少直接用于检测边缘，而主要是用于已知边缘像素后确定该像素是在图像的暗区或明区边。边缘检测方法存在较大噪声的场合，由于微分运算会起到放大噪声的作用，因此，梯度算子和拉普拉斯算子对噪声比较敏感。这种改进的方法实现对噪声的平滑，以抑制噪声，然后再进行微分或者，先对图像进行局部线性拟合，然后再用拟合所得的光滑函数的导数来替代直接的数值导数。这里介绍边缘检测是用前种第章车牌图像的边缘检测方法。虽然边缘检测的基本思想很简单，但是实际实现时却碰到很大困难，其根本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应