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ABAQUS非稳态切削仿真实例


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ABAQUS 非稳态切削仿真实例
主讲人:fuyun123 ABAQUS 板块版主

一直想写一个关于 ABAQUS 非稳态切削的例子,只因为忙,所以一直没机会,近来也有 很多人对 ABAQUS 经典例题上的例子提出了很多问题,为此,今天在此介绍一下非稳态切削 的相关内容,主要针对仿真过程分析的要点进行一个阐述,同时回答一下大家的问题,我的 理解也不一定正确,大家一起探讨才能促进切削仿真的不断进步。

切 削 仿 真 软 件 的 比 较 : 目 前 用 于 切 削 的 软 件 很 多 , 如 ABAQUS,LS-DYNA,DEFROM,ADVANTAGE,Marc 等,ABAQUS 的优势在于非线性处理能力强,有热 力耦合的直接分析步,可以对切削过程进行较为准确的仿真分析,目前国际上用的最多,而 且由于 ABAQUS 可以利用子程序和 python 进行很多定制的开发, 从而为问题的解决提供了更 好的条件。LS-DYNA 也可以用于切削分析,但是其擅长领域属于碰撞等瞬态动力学分析,现 在已经纳入 ANSYS 麾下, Marc 也是一款具有很好非线性的软件, 但是切削仿真远没有 ABAQUS 方便,而 DEFORM 在切削,轧制,滚压等领域已经建立起相对完善的仿真界面,但是整体上 计算结果好像与实际有些差距, 其在切削领域采用的仍为网格重画方法。 ADVANTAGE 在切 而 削领域算是最专业的了,这款软件建立了庞大的切削数据库,而且具有完善的切削,铣削, 钻削等加工方法的仿真分析,缺点是材料数据库如果和他的数据有差异,可能比较麻烦。软 件就介绍到这里,下面主要针对 ABAQUS 的非稳态切削做一下简单的说明,希望能为切削领 域探索的各位达人一点启示吧! ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 此次切削分析,不再建立基于切屑,分离层和工件的模型,整个工件采用一个长方形, 而且不再采用 ALE 法则,本次切削采用拉格朗日准则+失效准则的方法建立切削仿真。下面 就分为几个部分分别介绍一下建模要点以及注意事项! 1.建模 建模过程其实没什么说的, 就是一个工件, 一个刀具, 工件在这里就采用普通的长方形, 刀具为了考虑磨损的影响,设置了一定的磨损量。为了后面定义接触和材料方便,在此采用 网格划分后的 creat mesh part 模型。 2.材料定义 虽然在此处没有分离线的, 但是这里在定义材料属性的时候, 应该为其中一层网格定义 失效准则。材料定义都很简答,包括弹性模量,泊松比,热膨胀系数,热传导率,比热,密 度等常规量, 而且应该基于 JC 塑性流动准则, 定义工件的塑性, 至于内部参数的具体含义, 我在上个讲座已经阐述的比较清楚, 在此不再多说。 本次仿真模拟采用的是 shear damage, 因为切削材料是 52100,其 JC damage 当然也可以采用,在此只是强调一种方法而已,而且 shear damage 是和基于一个实验和温度相关的,从而使得结果的仿真更加符合实际。

3.装配 这个我想大家都会的,就是根据你的切削用量,确定工件和刀具的相对关系,然后调整 刀具和工件就可以了。 4.设置分析步 这个大家应该也不陌生, 就是选择动态热力耦合分析步就行了, 当然也可以采用绝热分 析,绝热情况下更有利于锯齿切屑的形成,但是由于本次仿真就是难加工材料,而且仿真容 易产生锯齿,为了更好模拟切屑的形成,本次采用热力耦合分析步进行切削仿真分析,在输 出步记住选择所输出的内容, 而且要注意一定勾选 state 一栏, 因为在此我们采用的是拉格 朗日+失效准则,设置这个能够看到最终失效的网格。

5.接触的定义 在此接触的定义是非常关键的一个环节,如果定义不当,很容易出现问题,为了更好地 仿真切削过程,在此仅建立三个接触关系,即后刀面与切削层和前刀面与切屑层(此处指可 能产生切屑的层)以及切屑的自接触,由于此处是整体建模,比基于分离线,切屑,工件的 模型, 大大简化了切削的接触设置, 而且仿真中发现切削过程的摩擦和刀具工件以及切屑之 间的面传导率对最终切屑的形成具有重要影响, 因此本次仿真结合试验, 采用摩擦系数 0.35, 并且后刀面和工件, 前刀面和切屑均建立面面热传导率, 而且根据文献分别设置了相应的热 流分配系数。

6.施加约束和载荷 约束和载荷也没什么,和上次讲解差不多,就是限制工件下部和左边的约束,然后给刀 具施加一定的速度就行了,同时施加初始温度场,有些人可能最终得不到温度场的变化,有 可能是你就没有设置初始温度场,或者你没有设置好产热途径,而且在此注意单位制,如果 你的单位制是 mm,t,MPa 的话,那么你施加的速度将是 mm/s,所以要经过换算的,而且如 果你的速度感觉特别大,应该采用幅值加载,在前一个讲座中已经讲解非常清楚,在此不再 多说了! 7.划分网格 划分网格时注意虽然此处不设置分离线, 但是我们在中间一层定义了失效准则, 所以对 网格划分有一定要求, 可以采用标准的结构性网格划分方法, 而且从其中的切屑分离位置处

向两边设置梯度种子, 这样可以保证分离层处具有足够的网格密度, 可以同时兼顾正确性和 效率,对刀具可以设置较大的网格吗,这样可以保证运算速度。 8.提交分析计算 这个更简单,只要会用软件的应该都会用这个,然后进行相关的输出就行了!在此,输 出一些结果如下所示!


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