[发明专利]一种考虑磨粒形状及其分布随机性的砂轮离散元建模方法

说明书

本发明提供了一种考虑磨粒形状及其分布随机性的砂轮离散元建模方法，包括以下主要步骤：（1）建立一个正方形计算区域，并在内部生成紧密排列的颗粒；（2）在正方形中心定义两个大同心圆,以内部圆作为粘结体轮廓，内部圆与外部圆之间的区域作为磨粒分布的区域；（3）定义包含随机多边形的两个小同心圆；（4）对颗粒进行分组，多边形内的颗粒定义为磨粒组，大同心圆中内部圆内的颗粒定义为粘结体组；（5）删除磨粒组及粘结体组以外的颗粒；（6）选择合适的接触模型，建立二维砂轮离散元模型。本发明涉及的砂轮建模方法充分考虑了砂轮表面的磨粒大小、形状及磨粒间相互位置的随机性，能更为真实形象地表征实际砂轮表面形貌。

技术领域

本发明涉及一种考虑磨粒形状及其分布随机性的二维砂轮离散元建模方法，属于砂轮的建模方法研究。

背景技术

磨削加工机理研究是磨削加工技术发展的重要基础性课题。磨削加工在微观上可视为单颗磨粒的切削过程。由于砂轮表面磨粒数量多，其切削刃的形状、尺寸、位置、随机多样，砂轮高速运动以及磨削工艺参数变化等，使得磨削加工过程变得极其复杂。

随着计算机技术的发展，仿真技术被逐渐引入到磨削研究中。其对于强动态过程的强大描述能力，恰好适合用于研究高速、复杂、难以观测的磨削过程。磨削仿真工作一般分为砂轮建模和磨削仿真两步,且都已受到磨削界广泛的研究。但现有砂轮建模方法大多是建立在连续体假设基础上的，即认为砂轮是连续体，无气孔、粘结剂等内部结构,并使用以连续体为基本假设的材料行为理论对砂轮进行分析计算。而这与真实砂轮的非连续微观结构不符。使用离散元素法建模并进行磨削仿真,增强了现有方法对砂轮非连续性微观物理结构的描述能力,这可能将在砂轮制备配方设计、砂轮制备工艺设计、砂轮磨损与寿命预测等诸多与微观物理结构相关的磨削研究方面发挥更加重大的作用，从一定程度上体现了使用离散元素法进行磨削仿真的先进性。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已有例子，专利(申请公布号：CN 106903623 A)公开了一种采用离散元法对砂轮进行颗粒化的建模的方法，但方法中建立的磨粒的形状和大小是规则的，位置也是均匀分布的，不能更为真实形象地表征实际砂轮表面形貌。为解决上述问题,本发明提供了一种考虑磨粒形状及其分布随机性的二维砂轮离散元建模方法，生成的磨粒具有随机的形状，并实现了径向和周向的随机分布，有效地解决了已报道过的建模方法的不足。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种考虑磨粒形状及其分布随机性的砂轮离散元建模方法。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种考虑磨粒形状及其分布随机性的砂轮离散元建模方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)建立一个正方形边界，并作为计算区域，在内部生成紧密排列的颗粒；

(2)在正方形区域中心定义两个大同心圆，其内部圆记为C₁，外部圆记为C₂，以圆C₁作为砂轮粘结体轮廓，表征磨粒轮廓的多边形,记为Q_i，分布于圆C₁与圆C₂之间的区域；

(3)表征磨粒轮廓的多边形Q_i径向分布随机性的实现：定义包含多边形的两个小同心圆，其内部圆记为C_i，外部圆记为C_i+1，小同心圆的圆心坐标随机分布于步骤(2)所述的圆C₁与圆C₂组成的区域之间；多边形Q_i的中心与圆C_i和圆C_i+1的圆心重合，多边形Q_i的中心坐标在径向的随机分布使得表征磨粒轮廓的多边形能够以随机深度嵌入粘结体轮廓内；