電火花線切割連桿裂紋擴(kuò)展的多尺度仿真研究.pdf

1、連桿裂解技術(shù)在國內(nèi)的研究起步較晚，存在不少技術(shù)難題，在實(shí)際生產(chǎn)中存在多種裂斷缺陷，各種因素對(duì)裂斷質(zhì)量的影響機(jī)理雖已有論述，但裂解參量并不能精確確定，尤其對(duì)微觀因素的研究，至今尚未見到任何闡述。這是因?yàn)?，連桿裂解過程發(fā)生在一瞬間，用時(shí)極短，在實(shí)際加工過程中進(jìn)行各種分析存在很大的技術(shù)障礙，尤其對(duì)微觀因素的分析，實(shí)驗(yàn)方法還不能實(shí)現(xiàn)，只能借助于模擬仿真技術(shù)。
　　本文利用多尺度仿真方法對(duì)連桿裂紋擴(kuò)展過程進(jìn)行了仿真研究，包括宏觀尺度的有限元

2、數(shù)值分析法和微觀尺度的分子動(dòng)力學(xué)法。
　　有限元分析主要研究的是裂紋槽深度與裂解力的關(guān)系。首先利用基礎(chǔ)理論推導(dǎo)出了連桿裂紋槽深與裂解力的關(guān)系表達(dá)式。其次是數(shù)值仿真分析，仿真結(jié)果顯示出不同槽深與裂解力的關(guān)系基本上符合理論分析，滿足關(guān)系表達(dá)式。最后是實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，誤差較小驗(yàn)證了仿真結(jié)果可信度極高。該模擬方法的使用，能夠有效的為給拉桿施加拉力的液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。
　　在分子動(dòng)力學(xué)模擬中，本文借助LAMMPS軟件建立了裂紋的原

3、子模型。在前期的材料分析實(shí)驗(yàn)中，觀察到了連桿材料內(nèi)部存在著微裂紋與孔洞等組織缺陷。因此，在建立的分子動(dòng)力學(xué)模型中，不僅模擬研究了不同裂紋長度、不同加載速度和不同模型體量對(duì)裂紋擴(kuò)展行為的影響，還模擬分析了孔洞大小及其在不同位置給裂紋擴(kuò)展帶來的影響。在所有的模型中，采用的都是速度加載模式進(jìn)行裂紋擴(kuò)展行為的研究，依據(jù)系統(tǒng)總能量演化圖對(duì)結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)分析。由分析模擬結(jié)果可知:(1)裂紋的初始長度越大越有利于裂紋擴(kuò)展，在等體系下，模型裂開所用時(shí)間

4、越短;(2)在一定范圍內(nèi)，加載速度越大，裂紋擴(kuò)展的速度越快，但裂開后的表面復(fù)雜度越大;(3)模型越小，裂紋擴(kuò)展速度越快，但容易丟失裂紋擴(kuò)展的細(xì)節(jié)，不能顯示出裂紋的復(fù)雜性，模型越大，裂紋擴(kuò)展越復(fù)雜，時(shí)間消耗越多;(4)孔洞的大小及位置對(duì)裂紋擴(kuò)展均有影響，當(dāng)孔洞較大，且處于裂紋擴(kuò)展的方向上時(shí)，對(duì)裂紋擴(kuò)展能夠起到促進(jìn)作用，孔洞的存在，能夠引起裂紋擴(kuò)展方向發(fā)生較明顯的改變。
　　在分子動(dòng)力學(xué)模擬分析中，能夠觀察到所建的Fe-C模型在裂紋擴(kuò)