文章目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究目的及意义

1.2 硬脆材料磨削机理分析

    1.2.1 高速砂带磨削机理研究现状

    1.2.2 高速砂带磨削机理分析

1.3 硬脆材料磨削损伤机理研究现状

1.4 课题来源及论文的主要研究内容

    1.4.1 本课题来源

    1.4.2 研究目标

    1.4.3 研究内容

    1.4.4 拟解决的关键问题

    1.4.5 研究方法

2 硬脆材料的高速砂带磨削损伤机理分析与研究

2.1 引言

2.2 硬脆材料磨削去除机理

    2.2.1 单颗磨粒磨削过程的物理描述

    2.2.2 磨削力理论计算与运动学分析

    2.2.3 压痕的截面面积

    2.2.4 单颗磨粒法向接触压力

2.3 脆性材料断裂去除模型

2.4 单颗磨粒研磨工件表面损伤模型

    2.4.1 表面损伤深度模型

    2.4.2 中径裂纹深度模型

2.5 本章小结

3 基于ABAQUS高速砂带单磨粒仿真研究

3.1 引言

3.2 仿真分析方案

    3.2.1 SiC(Silicon Carbide)与K9(Optical Glass)材料的JH-2 本构模型

    3.2.2 基于ABAQUS的单磨粒磨削有限元仿真与分析

3.3 亚表面损伤裂纹的生长与扩展仿真结果分析

    3.3.1 正压力Fn对表面/亚表面损伤裂纹的研究

    3.3.2 磨削速度Vs对表面/亚表面损伤裂纹的研究

    3.3.3 磨粒尖角角度2θ对表面/亚表面损伤裂纹的研究

3.4 单颗粒磨削参数对磨削力的研究

    3.4.1 正压力Fn对磨削力的研究

    3.4.2 磨削速度Vs对磨削力的研究

    3.4.3 磨粒尖角角度2θ对磨削力的研究

3.5 本章小结

4 单颗粒磨削过程亚表面损伤研究

4.1 引言

4.2 磨削参数对表面粗糙度影响分析

    4.2.1 工件表面粗糙度建模

    4.2.2 磨削正压力Fn对工件表面粗糙度的研究

    4.2.3 磨削速度Vs对工件表面粗糙度的研究

    4.2.4 砂带粒度M对工件表面粗糙度的研究

4.3 材料去除结果分析

    4.3.1 磨削正压力Fn对材料去除的结果分析

    4.3.2 磨削速度Vs对材料去除结的果分析

    4.3.3 磨粒尖角角度2θ对材料去除的结果分析

4.4 亚表面裂纹损伤与表面粗糙度间非线性关系研究

    4.4.1 基于尖锐磨粒刻划的非线性关系模型

    4.4.2 基于球形磨粒刻划的非线性关系模型

    4.4.3 基于表面粗糙度的亚表面裂纹深度研究

4.5 本章小结

结论

参考文献

学术成果

致谢

文章摘要:SiC碳化硅（Silicon Carbide）与K9光学玻璃（Optical Glass）等脆性材料具有高强度、高硬度、耐腐蚀等优良的物理与力学特性,被广泛应用到航天、医疗和激光等领域。但在对脆性材料表面研磨过程中,工件表面会引入表面损伤（SR）和亚表面损伤(d_SSD),从而降低了工件表面/亚表面质量。目前,国内外硬脆材料砂带高速研磨机理还不够深入,因此,本文对砂带高速研磨SiC碳化硅（Silicon Carbie）与K9光学玻璃（Optical Glass）表面损伤（SR）和亚表面损伤(d_SSD)的预测与分析进行研究。基于ABAQUS有限元建立二维单颗粒磨削损伤模型,研究磨削参数（磨削正压力Fn、磨削速度Vs和磨粒顶角角度2θ）对磨削力以及表面/亚表面损伤的影响规律。建立基于尖锐磨粒和微小球形磨粒刻划的亚表面裂纹深度(d_SSD)与表面粗糙度（SR）间非线性关系的模型,分析材料去除和表面粗糙度对亚表面损伤的影响规律。本文研究结果表明:（1）基于ABAQUS有限元磨削损伤仿真模型,单颗粒磨削的初始阶段,裂纹从磨粒的前方和下方开始形成,随着磨粒朝着磨削方向不断运动,在磨粒前方的裂纹被磨粒去除,但是在磨粒下方的裂纹最终留在了工件表面,形成了表面和亚表面缺陷。当磨削正压力Fn与磨粒顶角角度增大时磨削力也增大且亚表面损伤(d_SSD)有加深趋势,当磨削速度Vs增大磨削力变小且亚表面损伤(d