[发明专利]一种基于离散单元法的二维砂轮建模方法

说明书

本发明涉及一种基于离散单元法的二维砂轮建模方法，主要用于工程陶瓷等脆性材料磨削过程砂轮失效机理的研究。首先，建立一个环形区域墙，其中外圈墙为整圆，内圈墙为均匀分布的沟槽形墙且通过圆弧形墙连接；然后，在环形区域墙内添加一定数量的颗粒并对其半径放大，使其达到紧密排列，选择合适的接触模型并对颗粒间赋予连接键；最后，删除环形外圈墙，添加按一定规律分布的磨粒，选择另一种合适的接触模型，在磨粒与砂轮表层颗粒间赋予一定强度的连接键。本发明既考虑了砂轮表面磨粒形状，又能根据不同建模要求改变砂轮表面磨粒分布特性，从而有利于研究砂轮表面磨粒形状及其分布特性对磨削过程的影响以及砂轮磨削过程的失效机理。

技术领域

本发明属于砂轮的建模方法研究，具体涉及一种基于离散单元法的二维砂轮建模方法。

背景技术

随着计算机技术的发展，采用仿真的手段来模拟陶瓷材料的加工过程也日益被人们所接受。显然，与实验方法相比，数值模拟技术可以建立逼真的虚拟环境、磨床、砂轮以及工件等来模拟实际磨削加工过程，对磨削加工过程的磨削力、磨削区温度和磨削表面质量进行分析，并揭示磨削过程中诸多现象的本质和物理量的变化规律。

目前主要包括的研究方法有有限元法（FEM）、分子动力学（MD）、离散元法（DEM）等。由于受材料本构模型的限制，有限元法在研究裂纹的产生及扩展方面存在较大的局限性；采用分子动力学可以模拟裂纹的扩展过程，但所模拟的材料大都属于理想的无缺陷的单晶材料；而采用离散元法开展陶瓷材料磨削加工的研究，将能弥补有限元法在模拟裂纹扩展及随机缺陷等方面存在的先天性不足，具有独特的优势。

本发明提供一种基于离散单元法的二维砂轮建模方法，可以十分方便的考虑砂轮表面磨粒形状及其分布特性。从已掌握的文献及专利来看，采用离散元法对砂轮进行颗粒化的建模，并进行工程陶瓷等脆性材料磨削加工的仿真尚未见报道。

发明内容

为了达到上述目的，本发明提供一种基于离散单元法的二维砂轮建模方法。

本发明专利采用的技术方案是：一种基于离散单元法的二维砂轮建模方法，其特征在于，建模步骤如下：

1）建立一个环形区域墙，外圈墙为整圆，内圈墙为均匀分布的沟槽形墙，且通过圆弧形墙连接；

2）在环形区域墙内添加一定数量的颗粒并对其半径放大，使其达到紧密排列，选择一种合适的接触模型，并赋予颗粒间一定强度的连接键；

3）删除环形外圈墙，添加按一定规律分布的磨粒，选择另一种合适的接触模型，在磨粒与砂轮表层颗粒间赋予一定强度的连接键。

上述的一种基于离散单元法的二维砂轮建模方法，步骤1）中所述沟槽的个数，宽度及深度均可改变，且沟槽形墙沿圆周方向均匀分布。

上述的一种基于离散单元法的二维砂轮建模方法，步骤2）中所述添加一定数量的颗粒并对其半径放大是通过程序参数来进行控制。

上述的一种基于离散单元法的二维砂轮建模方法，步骤3）中所述磨粒是由多个颗粒通过特定方式组成具有一定形状和大小的颗粒簇，且其沿砂轮表面的排布方式可改变。

上述的一种基于离散单元法的二维砂轮建模方法，其特征在于，所述接触模型有两种，在环形区域颗粒间的接触模型为一种键连接模型，添加的磨粒与环形区域颗粒的接触模型为另一种键连接模型，两个接触模型的键连接形式及连接强度有所不同。

附图说明

图1为建立的环形墙模型。

图2为建立在直角坐标系中环形墙模型的局部图。

图3为建立的几种磨粒离散元模型。

图4为建立的二维砂轮离散元模型。

图5为建立的二维砂轮离散元模型的局部图。