[发明专利]基于泰森多边形分割的多晶CBN磨粒钎焊与磨削协同作用的应力仿真方法

摘要

本发明公开了一种基于泰森多边形分割的多晶CBN磨粒钎焊与磨削协同作用的应力仿真方法，首先应用Matlab软件生成随机的泰森多边形，并通过程序，将泰森多边形中的微晶颗粒以其面心为中心缩小，形状相似，缩小比例为体积分数。将产生的数据导入Ansys中，并输出Iges格式文件。然后，将生成的Iges格式文件导入Abaqus软件中编辑，建立单层钎焊多晶CBN磨粒的有限元模型，设定边界条件，输入其材料属性，并对其进行网格划分，最后进行仿真分析。本发明结合了泰森多边形分割技术、多晶CBN磨粒钎焊技术、高速磨削技术和有限元仿真技术，实现了钎焊多晶CBN磨粒磨削过程中的钎焊与磨削的合应力分布规律的预测。

主权项

1.一种基于泰森多边形分割的多晶CBN磨粒钎焊与磨削协同作用的应力仿真方法，其特征在于：步骤如下：步骤一：泰森多边形分割首先，应用Matlab软件，在长和宽均为l的正方形面积中随机分布n个点；使用Matlab软件的Voronoi分割功能对这n个点进行泰森多边形分割，形成n颗微晶颗粒；编写Matlab程序，使这n颗微晶颗粒均相对自身的面心缩小，形状不变，缩小的比例称为体积分数V_f；将生成的数据通过有限元仿真软件Ansys软件生成实体模型输出格式即Iges格式文件；其中，泰森多边形分割后的微晶多边形，其顶角坐标为(x_i，y_i)，面心坐标为(x_c，y_c)，该多边形的面积为A；则该多边形顶点坐标(x_i，y_i)、面心坐标(x_c，y_c)以及面积A之间存在如式(Ⅰ)所示关系：则，体积分数V_f定义如式(Ⅱ)：在泰森多边形中，在生成的微晶颗粒之间形成粘结带，用于设置仿真中的微晶CBN颗粒之间的粘结剂；由于两个多边形相似，因此体积分数又可表示成式(Ⅲ)：因此：由此得到顶点(x_i，y_i)在体积分数V_f下对应的顶点坐标(x_i'，y_i')，这样可以确定内部的大小和形状；步骤二：钎焊多晶CBN磨粒建模将步骤一所述生成的Iges格式文件导入有限元仿真软件Abaqus软件中，利用Abaqus软件中的建模工具，建立多晶CBN磨粒、钎料层以及基体层，并施加约束，建立单层钎焊CBN砂轮的二维模型；步骤三：单层钎焊多晶CBN磨粒模型材料属性赋值：按Abaqus软件中要求输入单层钎焊CBN砂轮材料属性；步骤四：单层钎焊多晶CBN磨粒模型有限元网格建模单层钎焊多晶CBN砂轮有限元网格建模包括单元类型选取和网格划分；该单元类型选取CPS8R；步骤五：钎焊残余应力分析钎焊残余应力分析是在单层钎焊多晶CBN磨粒有限元网格模型的基础上，在磨粒、钎料及砂轮基体上加载实际钎焊中使用的钎焊温度及冷却速率，并进行热‑应力耦合仿真，仿真单层钎焊CBN磨粒在钎焊冷却降温过程中产生的钎焊残余应力；步骤六：钎焊/磨削协同作用合应力分析钎焊/磨削协同作用合应力分析是在钎焊残余应力模型的基础上，添加磨削力，进行单层钎焊多晶CBN磨粒高速磨削过程中的钎焊/磨削协同作用下的合应力仿真，求得单层钎焊多晶CBN磨粒在磨削过程中的合应力分布。