Υπολογιστική διερεύνηση των συνθηκών ψύξης κατά την τόρνευση με χρήση υβριδικού μοντέλου FEM-CFD - Κανέλλος, Πολυχρόνης (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Τεχνολογίας των Κατεργασιών, 2018)
Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η δημιουργία, με την μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων και της υπολογιστικής ρευστομηχανικής(πεπερασμένοι όγκοι), ενός υβριδικού μοντέλου τόρνευσης σε τρεις διαστάσεις. Σκοπός της εργασίας ήταν η υπολογιστική διερεύνηση των συνθηκών ψύξης του κοπτικού, οι οποίες περιγράφονται από τον συντελεστή συναγωγής θερμότητας με το περιβάλλον, ο οποίος υπολογίζεται μέσα από την σύζευξη ενός μοντέλου FEM με ένα αντίστοιχο CFD μοντέλο. Το FEM μοντέλο δημιουργήθηκε στο περιβάλλον Abaqus/Explicit. Η γεωμετρία του κοπτικού και του τεμαχίου προς κατεργασία κατασκευάστηκε στο σχεδιαστικό λογισμικό SolidWorks και εισάχθηκε κατόπιν στο Abaqus. Το τρισδιάστατο μοντέλο που δημιουργήθηκε διαφέρει από τα κλασσικά μοντέλα τόρνευσης που έχουν χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν. Αποτέλεσμα του μοντέλου FEM ήταν η θερμοκρασία κοπής της τόρνευσης, με την αρχική τιμή του συντελεστή συναγωγής να προέρχεται από εκτίμηση μέσα στο εύρος που ορίζεται από την βιβλιογραφία. Αυτή η θερμοκρασία εισάγεται στο μοντέλο CFD που δημιουργήθηκε στο πακέτο υπολογιστικής ρευστομηχανικής ANSYS CFX. Το μοντέλο αυτό αποτελείται από την γεωμετρία του κοπτικού και μια περιοχή ρευστού (αέρα) που περιβάλει το κοπτικό, όπου και γίνεται η αριθμητική επίλυση της ροής. Η θερμοκρασία από το FEM εισάγεται στο άκρο του κοπτικού εργαλείου και στο τέλος της ανάλυσης υπολογίζονται οι θερμοκρασίες πάνω στην επιφάνεια του κοπτικού. Με βάση αυτές τις θερμοκρασίες προκύπτει ένας συντελεστής συναγωγής ο οποίος επανεισάγεται στο μοντέλο FEM οδηγώντας σε μία διορθωμένη θερμοκρασία κοπής. Η επαναληπτική διαδικασία εφαρμόζεται μέχρι την τελική σύγκλιση οπότε προκύπτει η πραγματική τιμή του συντελεστή συναγωγής. Μετά την ολοκλήρωση της διαδικασίας μοντελοποίησης και επαλήθευση της αποτελεσματικότητας του υβριδικού μοντέλου, το μοντέλο προσομοιώθηκε για διάφορες συνθήκες. Συγκεκριμένα μελετήθηκε η επίδραση της ταχύτητας του αέρα στο φαινόμενο ψύξης του κοπτικού εργαλείου, κατόπιν μελετήθηκε η επίδραση της ταχύτητας κοπής στις συνθήκες κοπής και τέλος μελετήθηκε η επίδραση της πρόωσης στις συνθήκες κοπής. Οι παραμετρικές μελέτες έγιναν φυσικά κρατώντας όλες τις υπόλοιπες συνθήκες κοπής σταθερές. Η συμπεριφορά του μοντέλου κρίθηκε ικανοποιητική συγκρινόμενη με προηγούμενη μελέτη. Γενικά συμπεράσματα είναι ότι η ταχύτητα αέρα ψύξης επιδρά περισσότερο στην αύξηση του συντελεστή συναγωγής, ενώ η αύξηση της πρόωσης και της ταχύτητας κοπής οδηγεί κάθε φορά σε αύξηση της θερμοκρασίας κοπής. Φυσικά σε κάθε περίπτωση μπορεί να υπολογιστεί ο πραγματικός συντελεστής συναγωγής h.