[发明专利]一种介观尺度条件下研磨液颗粒与工件的磨削模拟方法

摘要

本发明涉及一种介观尺度条件下的研磨液颗粒与工件磨削的数值模拟方法，具体步骤如下：(1)计算模型建立及初始条件；(2)计算模型边界条件的设置；(3)模型网格的划分；(4)仿真分析；(5)加工参数对介观状态模拟的研究：(a)不同浓度对磨粒加工的影响；(b)加工温度对颗粒磨削加工零件的影响；(c)加工速度对颗粒磨削加工零件的影响。通过本发明中的仿真模拟加工，对介观状态下颗粒影响磨粒流加工提供了借鉴，为在实际生产加工过程中提供了理论支持，弥补了宏观和微观状态下研究颗粒磨削的不足，完善了颗粒磨削工件的理论。

主权项

一种介观尺度条件下的研磨液颗粒与工件磨削的数值模拟方法，其特征在于：具体步骤如下：(1)计算模型建立及初始条件：选取柴油发动机喷油嘴零件，入口处通道大孔端口直径为4mm，喷嘴前端呈锥形状，均匀分布六个喷孔，小孔内径为0.16mm，通过CATIA进行三维绘图，对不需要进行模拟的零件体部分，进行简化，保留大孔内部及小孔喷嘴流道，得到其通道几何模型；通过建立喷油嘴三维实体模型及几何模型，为进行磨粒磨削分析奠定基础，通过三维软件作图，结构分布合理之后，再进行FLUENT仿真模拟分析；(2)计算模型边界条件的设置，具体包括：(a)入口边界条件：入口边界条件是指定入口处的流动变量，它包括速度入口边界条件、压力入口边界条件和质量入口边界条件；其中速度入口边界条件为流动速度和流动入口的流动属性相关的标量；而根据所选模型为离散相模型，故需要设定连续相与离散相的情况；连续相：喷油嘴通道进入口采用速度进口条件，设定此时进口处磨粒流为湍流状态，在Model中选择选择k‑epsilon模型，k‑epsilon Model中选择Realizable，确认即可；在能量模型中选取Energy Equation激活能量方程；离散相：进行不同粒径、不同温度、不同速度条件下进行模拟加工，选取的浓度为10％，进行不同浓度模拟时，分别选取2％、4％、6％和8％；(b)出口边界条件：由磨粒流磨削喷油嘴实际条件可知，出口端与外界想通，故设定为自由出口；(c)固体壁面边界条件：设置壁面为无滑移边界条件；针对壁面热边界条件，在选取不同磨粒粒径、加工速度、体积分数时选取固定温度300K，在进行不同温度仿真时，选取290K、300K、310K、320K进行模拟；(3)模型网格的划分：根据喷油嘴的几何模型，因其形状较复杂，选取四面体网格划分比较合理，划分方法比较简单，通过分块处理，以四面体网格对分块后的通道进行划分并逐个设置网格疏密程度，从而达到控制网格数目与网格质量目的；(4)仿真分析：通过对喷油嘴进行物理模型及几何模型的建立，并进行入口边界条件、出口边界条件和壁面边界条件设置后，通过划分网格，即可进行仿真分析；进行收敛判断；总体模型设定中，时间类型选择瞬态类型，连续相采用k‑epsilon湍流模型，根据喷油嘴模型的尺寸进行离散相跟踪计算的设置中，步长为0.001mm，最大步数为500步；经过275次迭代，即达到收敛；(5)加工参数对介观状态模拟的研究：选取500耗散粒子颗粒的进行仿真模拟，分析在不同加工参数对多物理耦合场的影响，通过理论模拟探究其影响对实验加工的分析，从而为实验加工提供理论指导。