基于有限元二次开发的船用柴油机机身加工残余应力研究

作     者：赵东豪 

作者单位：江苏科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李国超

授予年度：2022年

学科分类：08[工学] 0824[工学-船舶与海洋工程] 082401[工学-船舶与海洋结构物设计制造] 

主      题：残余应力 多工序耦合 机身 材料去除 二次开发 

摘      要：船用柴油机机身是船用柴油机的关重件,其结构复杂、加工工艺繁复,对于制造过程的可靠性及精度的准确性具有极高的要求。残余应力是影响工件质量的一个重要因素,机身加工过程中多工序耦合导致应力叠加与重分布,进而影响机身变形,大大降低了机身的成品率。工件内部存在残余应力会严重影响其使用寿命和精度。以往针对大型构件的研究大多是针对某一过程或几个过程无关联的应力研究,无法准确地得出系统性的多工序耦合下残余应力演变规律。因此,本文研究多工序耦合下的机身残余应力状态,运用有限元仿真和二次开发的方法对机身进行铸造、热处理过程的热加工残余应力研究,在此基础上对切削加工过程中的残余应力进行研究,进而得到机身整体加工过程的残余应力演变,主要研究内容如下:（1）建立机身的多工序有限元分析模型,提出了一种多工序耦合下的船用柴油机机身加工残余应力分析方法。针对机身加工过程多工序耦合叠加的特点,选用PROCAST作为铸造仿真平台,选用ABAQUS作为热处理和切削加工仿真平台,实现不同仿真平台和不同工艺间的应力叠加与数据传递。（2）针对机身热加工过程残余应力演变复杂且存在铸造和热处理阶段的耦合传递的问题,对机身热加工阶段的残余应力进行研究。通过对铸造阶段的研究分析得出铸造阶段的残余应力演变规律,在铸造阶段的基础上得到热处理阶段的残余应力演变规律,最终得出热加工阶段的残余应力演变规律。（3）在机身热加工的基础上分析机身加工工艺,选择机身关键部位并设计方案对机身进行切削加工仿真来模拟材料去除。在有限元仿真的基础上设计不同的去除方式,模拟机身关键部位不同加工顺序下机身残余应力的演变,得到机身加工阶段的残余应力演变规律,综合分析热加工和机加工两个阶段得到整体残余应力演变规律。（4）基于ABAQUS有限元二次开发技术对机身加工仿真过程进行了有限元二次开发研究。通过分析机身结构特点及实际仿真分析难点,针对机身的仿真研究进行内核脚本和用户子程序的二次开发。运用用户子程序二次开发和内核脚本开发结合的方法实现柴油机机身加工过程的多工序切削仿真和参数化设置,得到机身的加工残余应力。有限元的二次开发简化机身加工研究的仿真分析流程,提高分析效率,为实际生产制造的前期研究论证提供了有力的支持。