ABAQUS非稳态切削仿真实例.pdf

CAE 联盟论坛精品讲座系列 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。而ADVANTAGE 在切 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.