侯 峰，黃樹(shù)濤，許立福，焦可如，于曉琳

(沈陽(yáng)理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110159)

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SiCp/Al復(fù)合材料薄壁回轉(zhuǎn)體變形的仿真分析

侯 峰，黃樹(shù)濤，許立福，焦可如，于曉琳

(沈陽(yáng)理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110159)

運(yùn)用有限元仿真軟件ABAQUS對(duì)體積分?jǐn)?shù)為56%的SiCp/Al復(fù)合材料薄壁回轉(zhuǎn)體在靜載荷作用下的應(yīng)力、變形及應(yīng)變進(jìn)行了仿真研究，研究了載荷施加位置、外徑和壁厚對(duì)SiCp/Al 復(fù)合材料圓筒薄壁件的應(yīng)力、變形及應(yīng)變的影響規(guī)律。結(jié)果表明：在其他條件一致的情況下，回轉(zhuǎn)體的外徑越小、壁厚越大、受力點(diǎn)距離施加全約束的一端越近，回轉(zhuǎn)體受到外載荷引起的最大應(yīng)力、最大變形及最大應(yīng)變?cè)叫?。薄壁回轉(zhuǎn)體工件的壁厚對(duì)工件最大應(yīng)力、最大變形及最大應(yīng)變的影響最為顯著。當(dāng)壁厚增加到1mm以上時(shí)，最大應(yīng)力、最大變形及最大應(yīng)變的變化不明顯。

SiCp/Al復(fù)合材料； 薄壁回轉(zhuǎn)體； 應(yīng)力； 變形； 應(yīng)變

1 引 言

SiCp/Al 復(fù)合材料是以SiC顆粒為增強(qiáng)相，Al合金為基體的新型復(fù)合材料，具有比剛度和比模量高，耐磨損、熱膨脹系數(shù)小等優(yōu)良的綜合特性，隨著現(xiàn)代制備工藝技術(shù)水平不斷提高，SiCp/Al復(fù)合材料在航空航天、電子和光學(xué)儀器等高尖端科技領(lǐng)域中起到了重要作用[1-3]，SiCp/Al復(fù)合材料薄壁件在這些領(lǐng)域也具有良好的發(fā)展前景。目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)金屬材料薄壁件的加工變形進(jìn)行了大量研究，并取得了一定的成果，例如：Nervi、Sebastian等[4]通過(guò)建立的數(shù)學(xué)模型來(lái)仿真預(yù)測(cè)薄壁件的加工變形。Elbestawi、Sagherian等[5]在不考慮主軸自身和刀具裝夾所造成的誤差的情況下建立了銑削加工的動(dòng)態(tài)模型，分析了工件的加工變形規(guī)律。王志剛和何寧等[6]使用ANSYS對(duì)框體類(lèi)薄壁零件的加工變形進(jìn)行了有限元分析計(jì)算，并提出一種數(shù)控補(bǔ)償方法來(lái)減小薄壁件的加工變形。國(guó)內(nèi)外對(duì)于SiCp/Al復(fù)合材料的研究取得了較多成果，例如：M.V. Ramesh等[7]使用一種瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)有限元分析研究了車(chē)削SiCp/6061Al復(fù)合材料的力學(xué)特性，結(jié)果表明：當(dāng)?shù)毒哌\(yùn)動(dòng)時(shí)，SiC顆粒與刀具之間的相對(duì)位置關(guān)系決定了所產(chǎn)生的應(yīng)力大小和分布，其中剪應(yīng)力的應(yīng)力模式和大小完全依賴(lài)于SiC顆粒位置與刀具運(yùn)動(dòng)的相互關(guān)系。王唱舟等[8]通過(guò)有限元方法研究SiCp/Al復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)力學(xué)性能的影響，計(jì)算結(jié)果表明：隨著體積分?jǐn)?shù)的增加，SiCp/A1復(fù)合材料的彈性模量和屈服強(qiáng)度逐漸增加，而延伸率會(huì)相應(yīng)降低。其應(yīng)力應(yīng)變曲線由韌性材料的特性向脆性材料的特性逐漸過(guò)渡。相反，當(dāng)平均顆粒尺寸在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，顆粒尺寸對(duì)其應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響并不顯著。張德光等[9]使用有限元軟件ABAQUS建立宏觀等效模型，研究高體積分?jǐn)?shù)SiCp/A1復(fù)合材料的銑削加工表面殘余應(yīng)力，分析并得出了不同切削速度和每齒進(jìn)給量對(duì)工件加工表面殘余應(yīng)力的影響規(guī)律，以及沿工件層深方向的殘余應(yīng)力分布情況。但針對(duì)SiCp/Al復(fù)合材料薄壁件變形的研究文獻(xiàn)較少，對(duì)于薄壁回轉(zhuǎn)體的研究更是鳳毛麟角。本文應(yīng)用有限元軟件ABAQUS對(duì)56%的高體積分?jǐn)?shù)SiCp/Al復(fù)合材料薄壁回轉(zhuǎn)體在靜載荷作用下的變形規(guī)律及影響因素進(jìn)行了仿真研究，獲得了載荷施加位置和回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)應(yīng)力及變形的影響規(guī)律，具有較為重要的理論意義與實(shí)用價(jià)值。

2 有限元仿真模型

2.1 材料參數(shù)

SiCp/Al復(fù)合材料是以SiC顆粒為增強(qiáng)相，Al合金為基體構(gòu)成，在微觀結(jié)構(gòu)上具有不均勻性，但在宏觀力學(xué)性能上仍表現(xiàn)為各向同性，本文按整體均質(zhì)、各向同性定義[10]，SiC顆粒體積分?jǐn)?shù)為56%、顆粒平均尺寸60μm，材料主要性能如表1所示。

SiCp/Al復(fù)合材料的本構(gòu)關(guān)系如表2所示。

2.2 模型建立

該模型為SiCp/Al復(fù)合材料薄壁回轉(zhuǎn)體工件，為研究其幾何尺寸對(duì)SiCp/Al復(fù)合材料薄壁回轉(zhuǎn)體變形的影響，仿真時(shí)試件尺寸變化方案如表3所示。

由于薄壁回轉(zhuǎn)體壁較薄，劃分網(wǎng)格時(shí)使用8節(jié)點(diǎn)高精度殼單元shell。采用映射網(wǎng)格劃分方法，網(wǎng)格劃分模型如圖1(a)所示，網(wǎng)格大小設(shè)置為4mm。由于ABAQUS軟件繪圖時(shí)選取的是殼單元，故壁厚小于4mm對(duì)仿真結(jié)果無(wú)影響。網(wǎng)格劃分后節(jié)點(diǎn)數(shù)量為1950個(gè)，單元數(shù)為1872個(gè)。薄壁回轉(zhuǎn)體工件將采用一端固定、一端自由的方式。在模型的一端將施加全約束，載荷施加的位置和全約束施加位置如圖1(b)所示。

表1 SiCp/Al復(fù)合材料的性能[10-11]Table 1 Parameter of SiCp/Al composites

表2 SiCp/Al復(fù)合材料的本構(gòu)關(guān)系[12]Table 2 Constitutive relation of SiCp/Al composites

表3 SiCp/Al復(fù)合材料薄壁回轉(zhuǎn)體幾何尺寸變化方案Table 3 Geometry variation program of SiCp/Al composites thin-walled rotors

3 仿真結(jié)果及分析

3.1 載荷施加位置對(duì)最大應(yīng)力、最大變形和最大應(yīng)變的影響

薄壁回轉(zhuǎn)體工件采用一端固定、一端自由的方式，分別在自由端處、距自由端1/4處、距自由端1/2處和距自由端3/4處施加靜載荷，研究載靜荷施加位置對(duì)其應(yīng)力和變形的影響。

圖1 模型網(wǎng)格劃分、施加載荷位置及施加約束位置圖 (a)網(wǎng)格劃分模型；(b)施加載荷位置及施加約束位置模型Fig.1 Model of meshing、load and restraint position (a) model of meshing; (b) model of load and restraint position

設(shè)定工件外徑為100mm，壁厚為1mm，施加50N的靜載荷，在不同位置施加載荷后的應(yīng)力云圖如圖2所示。

由圖2可以看出，在施加50N的靜載荷后，回轉(zhuǎn)體的最大應(yīng)力點(diǎn)為受力點(diǎn)，在自由端施加載荷時(shí)最大應(yīng)力為92.59MPa；在距自由端1/4處施加載荷時(shí)最大應(yīng)力為32.8MPa；在距自由端1/2處施加載荷時(shí)最大應(yīng)力為29.22MPa；在距自由端3/4處施加載荷時(shí)最大應(yīng)力為26.25MPa。隨著施加載荷的位置接近施加約束處，最大應(yīng)力值隨之減小。

圖2 不同載荷施加位置應(yīng)力仿真結(jié)果云圖 (a)自由端處施加載荷；(b)距自由端1/4處施加載荷；(c)距自由端1/2處施加載荷；(d)距自由端3/4處施加載荷Fig.2 Stress simulation result pictures of different points load applied (a) Load on the free end; (b) Load on 1/4 from free end;(c) Load on 1/2 from free end; (d) Load on 3/4 from free end

設(shè)定工件外徑為100mm，施加載荷均為50N時(shí)，進(jìn)一步研究在不同壁厚情況下，載荷施加位置不同對(duì)最大應(yīng)力值的影響。具體數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 施加50N靜載荷時(shí)最大應(yīng)力變化圖Fig.3 Maximum stress change map under 50N static load applied

由圖3可以看出，隨著施加載荷的位置接近施加約束處，最大應(yīng)力值隨之減小。而在受力點(diǎn)距自由端1/4處、距自由端1/2處和距自由端3/4處的最大應(yīng)力值區(qū)別很小，這是由于回轉(zhuǎn)體工件受到靜載荷以后，載荷會(huì)在工件里傳遞，而在自由端可傳遞載荷的復(fù)合材料單元最少，故應(yīng)力最大；越靠近約束，應(yīng)力有一部分傳遞到約束上，故應(yīng)力值越小。

設(shè)定工件的外徑為100mm，壁厚為1mm，在不同位置施加載荷后的具體變形云圖如圖4所示。

由圖4可以看出，在施加50N的靜載荷后，回轉(zhuǎn)體的最大變形點(diǎn)均位于受力點(diǎn)，在自由端處施加載荷時(shí)最大變形為0.07605mm；在距自由端1/4處施加載荷時(shí)最大變形為0.02821mm；在距自由端1/2處施加載荷時(shí)最大變形為0.01855mm；在距自由端3/4處施加載荷時(shí)最大變形為0.01256mm。隨著施加載荷的位置接近施加約束處，最大變形值隨之減小。而由于此時(shí)工件受到的最大應(yīng)力值小于其屈服極限，故工件的塑形變形極小，可以忽略不計(jì)。所以研究工件變形時(shí)以研究彈性變形為主，后文中以壁厚和外徑為自變量時(shí)引起的變形也為彈性變形，不再贅述。

圖4 載荷施加不同位置的變形仿真結(jié)果云圖 (a)自由端處施加載荷； (b)距自由端1/4處施加載荷； (c)距自由端1/2處施加載荷； (d)距自由端3/4處施加載荷Fig.4 Deformation simulation result pictures of different points load applied (a) Load on the free end; (b) Load on 1/4 from free end; (c) Load on 1/2 from free end; (d) Load on 3/4 from free end

在工件的外徑為100mm，施加載荷均為50N時(shí)，研究不同的壁厚情況下，載荷施加位置不同對(duì)最大變形值的影響。具體數(shù)據(jù)如圖5所示。

由圖5可以看出，隨著施加載荷的位置遠(yuǎn)離自由端，最大變形值隨之減小。而在受力點(diǎn)距自由端1/4處、距自由端1/2處和距自由端3/4處的最大變形值差別很小，受力點(diǎn)距離自由端越近，產(chǎn)生的最大變形值變化就越小。這是由于工件在自由端點(diǎn)的剛性最小，故變形最大。而受力點(diǎn)靠近約束時(shí)，剛性增大，變形減小。

設(shè)工件的外徑為100mm，壁厚為1mm，在不同位置施加載荷后的具體應(yīng)變?cè)茍D如圖6所示。

圖5 施加50N靜載荷時(shí)產(chǎn)生的最大變形量的變化圖Fig.5 Maximum deformation change map under 50N static load applied

由圖6看出，在施加50N的靜載荷后，回轉(zhuǎn)體的最大應(yīng)變點(diǎn)為受力點(diǎn)，在自由端處施加載荷時(shí)最大應(yīng)變?yōu)?.933×10-4；在距自由端1/4處施加載荷時(shí)最大應(yīng)變?yōu)?.53×10-4；在距自由端1/2處施加載荷時(shí)最大應(yīng)變?yōu)?.356×10-4；在距自由端3/4處施加載荷時(shí)最大應(yīng)變?yōu)?.219×10-4。隨著施加載荷的位置遠(yuǎn)離自由端處，所產(chǎn)生的最大應(yīng)變值隨之減小。

圖6 載荷不同施加位置處產(chǎn)生的應(yīng)變仿真結(jié)果云圖 (a)自由端處施加載荷； (b)距自由端1/4處施加載荷；(c)距自由端1/2處施加載荷；(d)距自由端3/4處施加載荷Fig.6 Strain simulation result pictures of different points load applied (a) Load on the free end; (b)Load on 1/4 from free end; (c)Load on 1/2 from free end; (d)Load on 3/4 from free end

在工件的外徑為100mm，施加載荷均為50N時(shí)，進(jìn)一步研究在不同的壁厚情況下，載荷施加位置不同對(duì)于最大應(yīng)變值的影響。具體數(shù)據(jù)如圖7所示。

圖7 施加50N靜載荷時(shí)最大應(yīng)變變化圖Fig.7 Maximum strain change map under 50N static load applied

由圖7可以看出，在研究的壁厚范圍內(nèi)，應(yīng)變值隨載荷施加位置的不同而產(chǎn)生的變化與圖5所示的規(guī)律相同。這是由于工件的應(yīng)變和變形直接相關(guān)，變形大，應(yīng)變也大。

3.2 壁厚不同對(duì)最大應(yīng)力、最大變形和最大應(yīng)變的影響

當(dāng)薄壁回轉(zhuǎn)體工件采用一端固定、一端自由的方式，設(shè)定工件外徑為100mm，施加載荷位置在距自由端1/2處，向不同壁厚的薄壁回轉(zhuǎn)體工件施加200N的載荷后，具體應(yīng)力云圖如圖8所示。

由仿真云圖看出，在距自由端1/2處施加靜載荷后，回轉(zhuǎn)體的最大應(yīng)力點(diǎn)為受力點(diǎn)，當(dāng)回轉(zhuǎn)體壁厚為1mm時(shí)，最大應(yīng)力為117MPa；隨著壁厚的增加，最大應(yīng)力值隨之降低。

設(shè)定工件外徑為100mm，在距自由端1/2處施加不同的載荷來(lái)進(jìn)一步研究和驗(yàn)證壁厚對(duì)最大應(yīng)力值的影響。具體數(shù)據(jù)如圖9所示。

由圖9可以看出，隨著壁厚的增加，最大應(yīng)力值也隨之降低。這是由于壁厚越大，應(yīng)力可傳遞的復(fù)合材料單元數(shù)量越多，應(yīng)力值就越小。而在壁厚大于1mm時(shí)，工件受到靜載荷引起的最大應(yīng)力值減小速率減緩。

設(shè)定工件外徑為100mm，施加載荷位置在距自由端1/2處，向不同壁厚的薄壁回轉(zhuǎn)體工件施加200N的載荷后具體變形云圖如圖10所示。

圖8 不同壁厚應(yīng)力仿真結(jié)果云圖 (a) 1mm；(b) 2mm；(c) 3mm；(d) 4mmFig.8 Stress simulation result pictures of different thickness

圖9 距自由端1/2處施加不同載荷產(chǎn)生的最大應(yīng)力變化圖Fig.9 Maximum stress change curve of different load applied on point 1/2 from the free end

由仿真云圖看出，在距自由端1/2處施加靜載荷后，回轉(zhuǎn)體的最大變形點(diǎn)為受力點(diǎn)，當(dāng)回轉(zhuǎn)體壁厚為1mm時(shí)，最大變形為0.07392mm，而隨著壁厚的增加，最大變形值隨之降低。

在工件的外徑為100mm時(shí)，在距自由端1/2處施加不同的載荷來(lái)進(jìn)一步研究和驗(yàn)證壁厚對(duì)最大變形值的影響。具體數(shù)據(jù)如圖11所示。

由圖11可以看出，隨著壁厚的增加，最大變形值隨之降低。當(dāng)壁厚大于1mm后，工件受到靜載荷引起的最大變形值減小速率趨緩。這是由于回轉(zhuǎn)體工件的剛性和壁厚有直接關(guān)系，壁厚越小，剛性越小，故變形越大；反之，壁厚越大，剛性越大，變形就越小。

圖10 不同壁厚變形仿真結(jié)果云圖 (a) 1mm；(b) 2mm；(c) 3mm；(d) 4mmFig.10 Deformation simulation result pictures of different thickness

圖11 距自由端1/2處施加不同載荷產(chǎn)生的最大變形變化圖Fig.11 Maximum deformation changes curve of different load applied on point 1/2 from the free end

設(shè)定工件外徑為100mm，施加載荷位置在距自由端1/2處，向不同壁厚的薄壁回轉(zhuǎn)體工件施加200N的載荷后具體應(yīng)變?cè)茍D如圖12所示。

由仿真結(jié)果看出，在距自由端1/2處施加靜載荷后，回轉(zhuǎn)體的最大應(yīng)變點(diǎn)為受力點(diǎn)，當(dāng)回轉(zhuǎn)體壁厚為1mm時(shí)，最大應(yīng)變?yōu)?.432×10-4，隨著壁厚的增加，最大應(yīng)變隨之減小。

設(shè)定工件的外徑為100mm時(shí)，在距自由端1/2處施加不同的載荷來(lái)進(jìn)一步研究壁厚大小對(duì)最大應(yīng)變值的影響。具體數(shù)據(jù)如圖13所示。

由圖13可以看出，隨著壁厚的增加，最大應(yīng)變隨之降低。這是由于工件的應(yīng)變和變形有直接關(guān)系，故在外徑相同的情況下，壁厚越小、變形越大時(shí)，應(yīng)變也越大；壁厚越大，變形越小時(shí)，應(yīng)變也越小。當(dāng)壁厚大于1mm后，工件受靜載荷引起的最大應(yīng)變值減小速率趨緩。

圖12 不同壁厚應(yīng)變仿真結(jié)果云圖 (a) 1mm；(b) 2mm；(c) 3mm；(d) 4mmFig.12 Strain simulation result pictures of different thickness

圖13 距自由端1/2處施加不同載荷引起的最大應(yīng)變變化圖Fig.13 Maximum strain changes map of different load applied on point 1/2 from the free end

3.3 外徑對(duì)最大應(yīng)力、最大變形和最大應(yīng)變的影響

設(shè)定工件壁厚為1mm，施加載荷位置為距自由端1/4處，向不同外徑的薄壁回轉(zhuǎn)體工件施加200N后,具體應(yīng)力云圖如圖14所示。

由圖14看出，在距自由端1/4處施加200N的靜載荷后，回轉(zhuǎn)體的最大應(yīng)力點(diǎn)仍為受力點(diǎn)，在工件外徑為100mm時(shí)最大應(yīng)力為131.2MPa，隨著工件外徑的減小，最大應(yīng)力值也隨之減小。

圖14 不同外徑的工件的應(yīng)力仿真結(jié)果云圖 (a) 100mm；(b) 88mm；(c) 76mm； (d) 64mm；(e)52mm Fig.14 Stress simulation result pictures of different external diameters

在工件距自由端1/4處施加載荷200N時(shí)，設(shè)定工件的壁厚不同來(lái)進(jìn)一步研究工件外徑大小對(duì)于最大應(yīng)力值的影響。具體數(shù)據(jù)如圖15所示。

由圖15可以看出，在距自由端1/4處施加200N的靜載荷后，回轉(zhuǎn)體的最大應(yīng)力點(diǎn)亦為受力點(diǎn)，在工件外徑為100mm，壁厚為0.5mm時(shí)最大應(yīng)力值為284.3MPa，隨著工件外徑的減小，最大應(yīng)力值也隨之減小。

設(shè)工件壁厚為1mm，施加載荷位置為距自由端1/4處，向不同外徑的薄壁回轉(zhuǎn)體工件施加200N后產(chǎn)生的具體變形云圖如圖16所示。

由該仿真云圖看出，在距自由端1/4處施加200N的靜載荷后，回轉(zhuǎn)體的最大變形點(diǎn)也為受力點(diǎn)，在工件外徑為100mm，壁厚為1mm時(shí)產(chǎn)生的最大變形為0.1128mm。隨著工件外徑的減小，最大變形值也隨之減小。

圖15 距自由端1/4處施加200N時(shí)產(chǎn)生的最大應(yīng)力變化圖Fig.15 Maximum stress change map of 200N load applied on point 1/4 from the free end

圖16 不同外徑的工件的變形仿真結(jié)果云圖 (a) 100mm；(b) 88mm；(c) 76mm； (d) 64mm；(e)52mm

Fig.16 Stress deformation result pictures of different external diameters

在工件距自由端1/4處施加載荷200N時(shí)，設(shè)定工件的壁厚不同來(lái)進(jìn)一步研究工件外徑大小對(duì)最大變形值的影響。具體數(shù)據(jù)如圖17所示。

圖17 距自由端1/4處施加200N時(shí)產(chǎn)生的最大變形變化圖Fig.17 Maximum deformation change map of 200N load applied on point 1/4 from the free end

由圖17可以看出，在距自由端1/4處施加200N的靜載荷后，回轉(zhuǎn)體的最大變形點(diǎn)仍為受力點(diǎn)，在工件外徑為100mm，壁厚為0.5mm時(shí)產(chǎn)生的最大變形為0.5993mm,隨著工件外徑的減小，最大變形值也隨之減小，最大變形值減小的速率在不斷趨緩。這是由于在壁厚不變的情況下，回轉(zhuǎn)體工件外徑越大，剛性越小，故變形越大。

設(shè)工件壁厚為1mm，施加載荷位置為距自由端1/4處，向不同外徑的薄壁回轉(zhuǎn)體工件施加200N后產(chǎn)生的具體應(yīng)變?cè)茍D如圖18所示。

由該仿真云圖看出，向距自由端1/4處施加200N的靜載荷后，回轉(zhuǎn)體的最大應(yīng)變點(diǎn)亦為受力點(diǎn)，在工件外徑為100mm，壁厚為1mm時(shí)最大應(yīng)變值為6.12×10-4，隨著工件外徑的減小，最大應(yīng)變值也隨之減小。

向工件距自由端1/4處施加載荷200N時(shí)，設(shè)定工件的壁厚不同來(lái)進(jìn)一步研究工件外徑大小對(duì)最大應(yīng)變值的影響。具體結(jié)果如圖19所示。

由圖19可以看出，在距自由端1/4處施加200N的靜載荷后，回轉(zhuǎn)體的最大應(yīng)變點(diǎn)仍為受力點(diǎn)，在工件外徑為100mm，壁厚為0.5mm時(shí)產(chǎn)生的最大應(yīng)變值為2.425×10-3。隨著工件外徑的減小，最大應(yīng)變值也呈減小趨勢(shì)，在壁厚相同的情況下，外徑越大、變形越大時(shí)，應(yīng)變?cè)酱?；外徑越小、變形越小時(shí)，應(yīng)變也越小。

圖18 不同外徑工件的應(yīng)變仿真結(jié)果云圖

(a) 100mm；(b) 88mm；(c) 76mm； (d) 64mm；(e)52mm

Fig.18 Stress strain result pictures of different external diameters

圖19 距自由端1/4處施加200N時(shí)產(chǎn)生的最大應(yīng)變變化圖Fig.19 Maximum strain change map of 200N load applied on point 1/4 from the free end

4 結(jié) 論

通過(guò)對(duì)SiCp/Al復(fù)合材料薄壁回轉(zhuǎn)體在靜載荷作用下的仿真分析結(jié)果可以明顯看出，薄壁回轉(zhuǎn)體受到的最大應(yīng)力，最大變形和最大應(yīng)變與回轉(zhuǎn)體的最大外徑、壁厚、受力點(diǎn)位置有著直接的關(guān)系。

1.在壁厚及受力點(diǎn)相同的條件下，隨著回轉(zhuǎn)體外徑的減小，回轉(zhuǎn)體受到外載荷引起的最大應(yīng)力、最大變形和最大應(yīng)變均呈減小趨勢(shì)，且壁厚越薄，這種趨勢(shì)越明顯。

2.在外徑大小及受力點(diǎn)位置相同的條件下，回轉(zhuǎn)體的壁越厚，回轉(zhuǎn)體受到外載荷引起的最大應(yīng)力、最大變形和最大應(yīng)變?cè)叫?，但在壁厚較大時(shí)這種變化較為平緩。

3.在壁厚及外徑尺寸相同的條件下，受力點(diǎn)位置距離施加全約束的一端越近，回轉(zhuǎn)體受到外載荷產(chǎn)生的最大應(yīng)力、最大變形和最大應(yīng)變?cè)叫?。隨著回轉(zhuǎn)體受力點(diǎn)位置距離全約束越近，最大應(yīng)力、最大變形和最大應(yīng)變減小的速率放緩。

4.工件壁厚的改變對(duì)回轉(zhuǎn)體受到外載荷引起的最大應(yīng)力、最大變形和最大應(yīng)變影響最大，當(dāng)工件壁厚大于1mm后，工件受外載荷后引起的最大應(yīng)力、最大變形和最大應(yīng)變的變化已不太明顯。

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Stress Distortion Analysis of Thin-walled Revolving Body of SiCp/Al Composites

HOU Feng， HUANG Shutao， XU Lifu， JIAO Keru， YU Xiaolin

(School of Mechanical Engineering, Shenyang Ligong University, Shenyang 110159, China)

Using the finite element analysis software ABAQUS, the stress、strain and deformation of a thin-walled revolving body (cylinder) made from 56%SiCp/Al composite under static load were simulated. The study took into the consideration the load position, outer diameter and wall thickness of the thin-walled cylinder. Conclusions can be obtained through the simulation results. In the case of other conditions consistent, smaller outer diameter/ thicker wall/load acting point closer to the fixed end, make the maximum stress、maximum deformation and maximum strain of the thin-walled revolving body all smaller. The wall thickness is the most important factor to influences the variation of maximum stress、maximum deformation and maximum strain. When the wall thickness increases to 1mm and above, the variation of stress、deformation and strain will not be obvious.

SiCp/Al composites； revolving body； stress； deformation； strain

1673-2812(2017)03-0455-08

2016-03-04；

2016-04-25

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51275316)；遼寧省教育廳重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基礎(chǔ)研究項(xiàng)目資助項(xiàng)目(LZ2015063)

侯 峰(1988-)，男，遼寧鞍山人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)樾虏牧暇芗疤胤N加工技術(shù)。E-mail：249396124@qq.com。

黃樹(shù)濤(1964-)，男，博士，教授，博導(dǎo)，E-mail：syithst@163.com。

TU375

A

10.14136/j.cnki.issn 1673-2812.2017.03.022