[发明专利]一种表面加工残余应力场引起的加工变形的计算方法

权利要求书

1.一种由表面加工残余应力场引起的加工变形的计算方法，该方法包括以下步骤：

(1)对加工表面划分单元网格；

(2)读取有限元数据，获取有限元模型信息，包括加工表面上的有限元节点和加工表面边缘的有限元节点；

(3)对于加工表面上的每个有限元节点，计算等效体积力矢量f^e：

f^e＝-▽·σ⁰

其中，▽是拉普拉斯算子；σ⁰是初始残余应力场张量的实体形式；i,j是张量下标，i,j＝1,2,3，等于1时表示x轴，等于2时表示y轴，等于3时表示z轴；

(4)对于加工表面上的每个有限元节点，将等效体积力矢量f^e等效成等效面力矢量T：

其中，H为表面变质层厚度；

(5)对于加工表面上的每个有限元节点，计算简化后的等效面力矢量T的等效节点力F_surface：

其中，T_i是有限元节点i对应的等效面力矢量；

N_i是有限元节点i对应的单元形函数；

N是待求取节点的单元形函数；

ks是有限元节点i所属单元在加工表面上的节点总数；

S是节点1、节点2和节点3围成的三角形面积，ds是S的微分；

(6)对于加工表面边缘的每个有限元节点，计算等效面力矢量t^e：

t^e＝σ⁰·n

其中，n是加工表面外法线方向单位向量n_j的矢量形式，σ⁰是初始残余应力场张量的实体形式；i,j是张量下标，i,j＝1,2,3，等于1时表示x轴，等于2时表示y轴，等于3时表示z轴；

(7)对于加工表面边缘的每个有限元节点，将等效面力矢量t^e等效成等效线载荷P：

其中，H为表面变质层厚度；

(8)对于加工表面边缘的每个有限元节点，计算等效线载荷P的等效节点力F_edge：

其中，P_i是有限元节点i对应的等效线载荷；

N_i是有限元节点i对应的单元形函数；

N是待求取节点的单元形函数；

L是加工表面边缘选取的边线长度；

kl是当前单元加工表面所求边上的节点数目；

(9)计算总的节点力F_total＝F_surface+F_edge；

(10)将F_total施加于有限元模型，计算表面加工残余应力场引起的变形。