基于ALGOR FEAS的钻头有限元模型
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技术综合
1 引言
图1 钻头几何形状和有限元节点
2 钻头的数学模型
- 主切削刃
- 钻头的主切削刃分为A刃和B刃,即图1中的A线和B线。A刃在坐标系的第四象限内,其上的任意点可表示为
- x=(r
2-W2)½
y=-W
z=(r-W/tany)/tanp(1)
- B刃在坐标系的第二象限内,其上的任意点可表示为
- x=(r
2-W2)½
y=W
z=(r-W/tany)/tanp(2)式中:r——主切削刃上任意点的半径,且D/2≥r≥W/tany
- W——钻芯厚度的1/2
- y——横刃倾角
- p——半顶角
- C线和D线
- C线在坐标系的第一、四象限内,其上的任意点可表示为
- x=½D
1cosqC (p/2≥qC≥-w1,w1=arcsin(2W/D1))
y=½D1sinqC
z=z10+k(p/4)D1tana(3)式中:a——后角
- D线在坐标系的第二、三象限内,其上的任意点可表示为
- x=½D
1cosqC
y=½D1sinqC
z=z4+k(p/4)D1tana(4)式中,节点10和节点4为主切削刃上的点,它们的z轴坐标相等,即:z10=z4。
1cosy
y=-r1siny
z=0>
(5)式中;r1——横刃上任意一点的半径对于横刃在坐标系第二象限内
1cosy
y=r1siny
z=0>
(6)
D (0≥qD≥-w0,w0=arcsin(2W/D))
y=½D1sinqD
z=z10+k(p/4)Dtana (2/16≥k≥0)
(7)
D
y=-½D1sinqD
z=z4+k(p/4)Dtana
(8)式中,z10=z4为主切削刃上的点。
3 钻头有限元模型的构建
4表示节点4的Z值,zJ、zD1、zD2和zF分别为J、D和F线上的选取点。当选取钻头直径D=0.5mm,钻芯厚度2W=0.135D,圆柱直径D1=0.944D,横刃角y=55°,半尖角Ø=59°,后角a=11°时,钻头模型的实际节点值见表2。 表1 钻头的部分节点坐标节点号XYZ1-W/tanyW02W/tany-W030-D1/2z4+5pD1tana/164-[D12-(2W)2]½/2W(D1-2W/tany)/(2tanp)50006D1/20z4+pD1tana/167-[D12-(2W)2]½/2W(D1-2W/tany)/(2tanp)8D/20z4+pDtana/16zJ-D1/8-(D1+2W)/4zJ/2zD1-D1cos(p/4-w1)/2-D1sin(p/4-w1)/2z4+pD1tana/8zD2-D1cos(w1/2)/2D1sin(w1/2)/2z4+pD1tana/32zF-Dcos(w0/2)/2Dsin(w0/2)/2z4+pDtana/32表2 钻头的部分节点数据值节点号XYZ1-0.0236320.03375020.023632-0.03375030-0.2360.2176764-0.2335740.033750.127604500060.23600.1456187-0.2477110.033750.1360168-0.2500.146687zJ-0.059-0.1348750.108838zD1-0.187878-0.1428210.163633zD2-0.2353930.0169910.136611zF-0.2494270.0169140.137154
(a)X-Y
(b)X-Z
图2 钻头有限元网格划分
a,ya,za)与面O中的点(xo,yo,zo)之间的转换关系为
(11)
(a)X-Z
(b)X-Z
图3 钻头的有限元模型
3kg/m3
11N/m2
计算频率阶数为16阶,并需进行刚体模态检查。译码后形成TEXT 文件,利用文本编辑器可直接查看译码结果。另外,可进人Super View检查译码后的模型是否正确,如译码后的模型与译码前的模型完全相同,说明建模正确,即可进行后续分析计算和动力学特性分析。
4 结语
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