案例7 切削热散热分析

1.案例介绍

切削金属时，由于切屑剪切变形所做的功和刀具前、后面与工件摩擦所作的功都转变为热，这种热叫切削热。使用切削液时，刀具、工件和切屑上的切削热主要由切削液带走；不用切削液时，切削热主要由切屑、工件和刀具带走或传出。当粗加工切削选用的进给量和背吃刀量较大时，工件与刀具的相互作用将产生巨量的切削热，提高刀刃周围的温度，从而改变刀具的机械力学性质，加速刀具的磨损。切削温度却影响着切削过程和刀具的磨损情况，所以了解切削温度的变化规律，采取冷却液降温等措施，对于提高加工质量，延长刀具使用寿命是十分必要的。

2.流程介绍

• 前处理与求解设置
  • 学习如何设置模型参数与材料相关选项
  • 学习如何合理设置边界条件
  • 学习如何设置求解器
• 后处理结果分析展示
  • 结果云图

本案例使用的网格模型为Medge

步骤一：导入网格

进入传热学分析模块，点击“传热学分析”下的“网格”，导入输入文件的网格。本案例的网格名为Medge.med。如下图所示：

步骤二：全局设置

点击菜单栏“传热学分析”，设置“非线性效应”开关为“关”，“时变特性”为“瞬态”。设置完毕后须点击对号以确认！！

步骤三：兴趣点

点击“兴趣点”后“+”，创建一个兴趣点，并设置坐标。（可以通过网格的大小调节半径的大小，以此观察所选点的位置）

步骤四：线性接触

此案例无需设置线性接触

步骤五：单元设置

单元设置主要目的是设置单元类型，在传热学模块中，单元类型可以设置一阶网格与二阶网格两种。当单元设置为手动时，可对子模型进行单元设置。
本案例使用自动设置

步骤六：材料设置

直接点击菜单栏中的“材料”对其设置全局属性。

步骤七：初始条件

初始条件设置“全局”温度为30摄氏度

步骤八：边界条件与荷载

点击“边界条件与荷载”后的“+”，弹出四个传热学边界，点击“体积热源”边界，施加位置在“edge”，其中生热率的值用表格给出。

再次点击“+”，添加边界“热对流”，施加位置如图。

步骤九：求解器设置

在偏微分方程求解的几种数值方法中，有限元方法最为通用，在工程领域应用也最为广泛。

以本案例为例，采用LDLT计算方式.默认设置求解器设置如下图所示：

步骤十：时间步设置

“结束时间”设置为60s，时间步长设为6s，“结果写入时间步”设置为“初始时间步”。

步骤十一：结果设置&计算

1）物理场

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“物理场”，点击后面的“+”，计算“热通量”和“温度”云图。

2）表面物理量计算

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“表面物理量计算” 点击后面的“+”，计算“热流量”。

3）体积物理量计算

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“体积物理量计算” 点击后面的“+”，计算“平均值”和“极值”。

4）兴趣点结果提取

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“兴趣点结果提取”，点击后面的“+”，计算“点1”的“热通量”和“温度”。

5）计算工程

设置好需要输出的物理量之后，就可以点击“仿真计算”，开始计算，直至提示成功即可。操作如下图所示：

步骤十二：结果展示

1）物理场

热通量云图

温度云图

2）表面物理量计算

3）体积物理量计算

4）兴趣点结果提取