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精密平板的热变形理论与应用研究

作　者: 费雯
导　师: 李桂华
学　校: 安徽大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 热变形精密平板 ANSYS 温度场
分类号: TG806
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 75次
引　用: 2次
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内容摘要

温度变化引起的热变形是普遍存在并且不可避免的。在精密测量或精密加工过程中,热变形行为会引起机械零部件的形状和尺寸发生改变,从而导致测量精度或加工精度的降低,甚至会影响仪器正常的工作性能。随着现代科学技术的发展以及机械加工工艺的进步,热变形已经成为这些领域提高精度的关键技术障碍,因此深入研究机械热变形的机理并准确测量出来,以采取有效措施,最大程度地减小温度的影响,不仅具有重要的学术意义,而且具有显著的实际价值。本文在安徽省教育厅自然科学资金项目(KJ2007B269)的资助下,同时在吸收参考国内外热变形理论研究成果的基础上,主要完成了以下几个方面的研究内容：机械零件在温度场发生变化的情况下,由于其内部形成的应力场会产生应变,从而改变其原有的形状和尺寸。对平板类零件来说,最直接的表现就是其平面度的改变。本文首先对平板类零件的热变形情况进行了定性分析,分析的结果表明平板类零件在热变形前后的形状将不再相似,也即平板类零件在其热变形前后具有非相似性的特点。同时本文利用大型通用有限元分析软件ANSYS对平板类零件进行了热变形仿真,为分析它们的热变形规律及其对加工精度的影响提供了依据。通过利用机、光、电等设备组成的能够进行测温、控温及测量几何量参数的高精度热变形实验装置,对平板类零件在0℃—60℃范围内的热变形情况进行了实验研究,实验结果与仿真结果是趋于一致的,表明了用ANSYS仿真的可靠性。最后比较了三种平板之间热变形的相同点与差别所在,为机械测量与加工过程中基准平面的选择以及进一步的热变形误差修正提供了依据。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-13
  1.1 热变形研究的理论与实际意义  8-10
  1.2 热变形研究的历史和现状  10-11
  1.3 课题来源及论文主要研究内容  11-13
    1.3.1 课题来源  11-12
    1.3.2 论文主要研究内容  12-13
第二章零件热变形的基础理论  13-28
  2.1 热膨胀的物理本性  13-15
  2.2 热弹性理论相关知识  15-22
    2.2.1 弹性力学的几个基本假设  15-17
    2.2.2 弹性力学的基本方程  17-19
    2.2.3 热弹性力学的基本方程  19-20
    2.2.4 导热问题的求解方法  20-22
  2.3 机械零件产生热变形的因素分析  22-23
  2.4 平板的热变形非相似性建模  23-28
    2.4.1 平板的热环境与温度场分析  23-24
    2.4.2 平板热变形的非相似性分析  24-28
第三章三种平板的热变形仿真  28-42
  3.1 ANSYS软件简介及热分析的基本原理  28-30
    3.1.1 ANSYS软件简介  28
    3.1.2 ANSYS热分析的基本原理  28-30
  3.2 传热学基本理论  30-34
    3.2.1 温度场的描述  30-31
    3.2.2 傅里叶定律  31-32
    3.2.3 导热系数  32
    3.2.4 导热微分方程  32-33
    3.2.5 导热过程的单值性条件  33-34
  3.3 三种平板的热变形仿真  34-42
    3.3.1 平板温度场有限元模型与分析方法  35-36
    3.3.2 普通平板的热变形仿真  36-38
    3.3.3 井形平板的热变形仿真  38-39
    3.3.4 环形平板的热变形仿真  39-41
    3.3.5 小结  41-42
第四章新型多维高精度热变形实验装置及精度分析  42-49
  4.1 新型多维高精度热变形实验装置原理及组成系统  42-46
    4.1.1 实验装置原理及实现的功能  42-43
    4.1.2 实验装置组成  43-46
  4.2 热变形测量的主要误差源分析  46-49
第五章热变形实验与结果分析  49-59
  5.1 形状误差测量准则与方法  49-50
  5.2 平板的热变形测量实验研究  50-58
    5.2.1 测量方法与步骤  50-51
    5.2.2 普通平板的热变形实验结果  51-53
    5.2.3 井形平板的热变形实验结果  53-55
    5.2.4 环形平板的热变形实验结果  55-58
  5.3 实验结果分析  58-59
第六章总结与展望  59-61
  6.1 总结  59-60
  6.2 展望  60-61
参考文献  61-64
致谢  64-65
攻读硕士学位期间发表的文章  65-66

精密平板的热变形理论与应用研究

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