[发明专利]一种颗粒增强钛基复合材料高速磨削温度预测方法

权利要求书

1.一种颗粒增强钛基复合材料高速磨削温度预测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：颗粒增强钛基复合材料中增强颗粒分布规律统计

首先，通过专业图像处理软件ImageJ将扫描电镜获取的钛基复合材料微观结构图转化为二值化图；

然后，用等距当量椭球对增强颗粒进行简化，得到等矩当量椭圆的长轴a数值和椭圆的短长轴之比c＝b/a，确定增强颗粒的大小与扁平程度，分析得到复合材料中增强相分布规律；

步骤二：三维复合材料有限元仿真建模

三维复合材料有限元仿真建模包括工件模型建立、单元类型选取和网格划分；

建立的三维复合材料有限元仿真模型中增强颗粒的形状和大小符合步骤一所述的统计规律，并且为了计算方便规定任意两个颗粒不重叠；

网格单元类型选用Solid70热单元，该单元为六面8节点结构，每个节点具有一个温度自由度，适用于瞬态分析；

在利用ANSYS进行网格划分时，将增强颗粒与基体材料结合面上网格绑定在一起，使之具有相同的温度；

步骤三：有限元仿真边界条件设定

有限元仿真边界条件包括高速磨削过程中传入工件的热量比例、对流换热系数、移动热源分布模型、工作环境初始温度的确定；

步骤四：三维温度场仿真分析与验证

对颗粒增强钛基复材高速磨削温度场的三维复合材料有限元仿真结果进行验证。

2.根据权利要求1所述的一种颗粒增强钛基复合材料高速磨削温度预测方法，其特征在于步骤一所述用等距当量椭球对增强颗粒进行简化，其中等距表示简化前后对形心的中心距不变，当量的意思是简化前后体积保持不变。

3.根据权利要求1所述的一种颗粒增强钛基复合材料高速磨削温度预测方法，其特征在于步骤一，所述通过专业图像处理软件ImageJ将扫描电镜获取的钛基复合材料微观结构图转化为二值化图的计算方法如下：

将增强颗粒的边界在直角坐标系xoy中表示为f(x,y)，则该不规则曲线的几何矩可表示为式(1)：

该不规则曲线所围成的面积可以表示为零阶矩：

该图形的形心坐标可以用下式计算得到：

对于等距当量椭圆的长轴a和短轴b与旋转的角度θ求解过程如下：

假设存在一个新的坐标系x’oy’与原坐标系xoy的原点重合，新坐标系与原坐标系相差角度θ，且新的坐标系中x’和y’轴分别与椭球的长短轴重合，坐标原点与椭球形心重合，则需要求解的等距当量椭球可以表示为：

等矩当量椭球的长轴a和短轴b和坐标旋转的角度θ，可通过式(6)到式(8)联立求解得：

πab＝M'₀₀ (7)

a³bπ/4＝M′₂₀ (8)

式中，

4.根据权利要求1所述的一种颗粒增强钛基复合材料高速磨削温度预测方法，其特征在于，步骤二：三维复合材料有限元仿真建模的过程是：先用MATLAB随机函数生成钛基复合材料中增强颗粒形心坐标，然后删除重叠颗粒，再使用ANSYS建模软件读取形心坐标根据统计的增强颗粒形状分布规律，建立增强颗粒仿真模型；

建立复合材料的基体仿真模型的方法是：先建立长宽高为a×b×c的立方体，然后与增强颗粒进行布尔运算，去除该立方体中与增强颗粒重叠的部分，在该立方体中形成与增强颗粒一一对应匹配的孔洞，即可得到基体模型。