[发明专利]一种介观尺度条件下研磨液颗粒与工件的磨削模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及机械加工研磨技术领域，具体涉及一种介观尺度内研磨液颗粒与工件的 磨削模拟方法。

背景技术

根据耗散粒子动力学理论及对研磨液颗粒的晶胞团簇模拟分析，来进行以原子团簇 为主要磨粒形式、结合磨粒流加工技术探究研磨液颗粒与工件的磨削。而耗散粒子动力 学模拟方法首先是一门最新发展的介观尺度模拟技术，它以研究复杂物系介观结构为 主，是联系宏观尺度和微观尺度的一种新的模拟方法。本发明依据耗散粒子动力学理论 及数值算法，进行介观尺度内研磨液颗粒与工件的磨削仿真。宏观模拟(颗粒粒径尺度 大于1微米)，主要用于化工过程模拟，机械制造和加工等领域；微观模拟(颗粒粒径 尺度0.1纳米至10纳米)，常用于药物的分子设计、化学机理反应研究及凝聚形态的物 理模拟；介观模拟(颗粒粒径尺度为10纳米至1000纳米之间)，主要应用于液晶、相 平衡、材料性能等方面的研究，它实际上起到构架快速分子尺度的动力学和慢速宏观尺 度的热力学之间桥梁的作用。而磨粒流宏观状态的尺度模拟，已经有研究人员参与研究， 并得到验证，微观尺度的模拟也应用到了超精密加工中，而在介观尺度内的模拟仍未涉 及到，因此，本章进行磨粒流介观尺度内的模拟具有创新意义，并能在介观模拟下了解 磨粒流加工的实质。本发明选取介观尺度内的磨粒晶格进行磨削加工模拟，深入分析磨 粒磨削壁面速度场、温度场、密度场、湍流动能以及磨粒径迹的影响；再进行不同加工 条件下磨粒对壁面的介观模拟分析。图1给出了颗粒原子团磨削工件的示意图。

从示意图中，能够看到介观尺度下的研磨液颗粒原子团的最初形式，经过液压缸内 的活塞运动，经过磨削工件内表面，在进行磨削过程中，原子团的分散及再凝聚，达到 去除工件内表面的毛刺及倒圆角的效果，从而反映了介观尺度下研磨液磨粒晶胞团簇模 型对磨削的影响，对实际生产加工提供理论指导。

离散相模型(DiscretePhaseModel，DPM)是在拉格朗日观点下进行的，它是以以 单个粒子为对象进行计算的，而连续相计算是在欧拉观点下的以空间点为研究对象。譬 如在液压油与天然气相混合的计算中，其中空气是连续相的，它的计算结果是以空间点 上的温度、密度、压强的变量分布形式所表现出的；而其中的油滴却以离散相为主，通 过模拟油滴的轨迹、速度、受力作为最终的表现形式。因此离散相的模型可以作为介观 尺度内的选择颗粒的最佳模型，并以之作为仿真分析的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种介观尺度条件下的研磨液颗粒与工件磨削的数值模拟 方法，以便更好地针对工件研磨进行数据模拟，改善研究效果。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种介观尺度条件下的研磨液颗粒与工件磨削的数值模拟方法，具体步骤如下：

(1)计算模型建立及初始条件：选取柴油发动机喷油嘴零件，入口处通道大孔端 口直径为4mm，喷嘴前端呈锥形状，均匀分布六个喷孔，小孔内径为0.16mm，通过CATIA 进行三维绘图，对不需要进行模拟的零件体部分，进行简化，保留大孔内部及小孔喷嘴 流道，得到其通道几何模型；通过建立喷油嘴三维实体模型及几何模型，为进行磨粒磨 削分析奠定基础，通过三维软件作图，结构分布合理之后，再进行FLUENT仿真模拟分 析；

(2)计算模型边界条件的设置，具体包括：

(a)入口边界条件：入口边界条件是指定入口处的流动变量，它包括速度入口边 界条件、压力入口边界条件和质量入口边界条件；其中速度入口边界条件为流动速度和 流动入口的流动属性相关的标量。而根据所选模型为离散相模型，故需要设定连续相与 离散相的情况；

连续相：喷油嘴通道进入口采用速度进口条件，设定此时进口处磨粒流为湍流状态， 在Model中选择选择k-epsilon模型，k-epsilonModel中选择Realizable，确认即可； 在能量模型中选取EnergyEquation激活能量方程；

离散相：进行不同粒径、不同温度、不同速度条件下进行模拟加工，选取的浓度为 10％，进行不同浓度模拟时，分别选取2％、4％、6％和8％较为合理；

(b)出口边界条件：由磨粒流磨削喷油嘴实际条件可知，出口端与外界想通，故设 定为自由出口；