基于Abaqus的钛合金切削仿真.ppt

Company Logo 基于Abaqus的钛合金切削仿真 姓名：刘洋 学号 指导老师：戴春祥 目录 钛合金切削研究背景 1 abaqus软件介绍 2 基于abaqus的钛合金切削案例 3 小结 4 一 钛合金切削研究背景 钛及其合金具有密度小、强度高、耐腐蚀与抗疲劳和焊接性能良好等优良特性。目前钛总产量的70%左右用于航空航天和军事工业，包括军用飞机、民用飞机、航空发动机、航天器、人造卫星壳体连结座、高强螺栓、燃料箱、导弹尾翼、弹头壳体等[1] 。 钛合金主要应用 一 钛合金切削研究背景 研究钛合金的切削性能很有意义，因为： 钛合金被广泛的应用在航空航天等领域，而金属切削加工是机械制造的重要基础[2]。 钛合金被划分为硬加工，因为它的高强度，韧性好，切削加工困难[3]。 导热系数低，切削时，被加工表面温度高从而发生软化，可能会粘刀。 化学性能活跃，与大气中O、N、H、CO、CO2、水蒸气、氨气等产生强烈的化学反应，如温度较高时与N作用也会形成TiN硬质表层；在600℃以上时，钛吸收氧形成硬度很高的硬化层[4]。 1 2 3 4 二 Abaqus软件介绍 1978年，法国SIMULIA公司推出一款功能强大的有限元分析软件——Abaqus，它可以完成简单的有限元分析和模拟非常庞大复杂的模型，尤其是解决工程中大型模型的高度非线性问题[4]： ABAQUS 主要分析模块 ABAQUS/CAE 建立几何模型、定义材料特性、边界条件、载荷等模型参数 ABAQUS/Standard 静态分析、动力分析、结构热响应分析、非线性耦合物理场的分析 ABAQUS/Explicit 解决高度非线性问题、适用于模拟短暂、瞬时的动态事件如碰撞冲击问题 ABAQUS/CFD 流体仿真模块 ABAQUS/View 与后处理有关 ABAQUS/Design 设计敏感度分析 ABAQUS/Aqua 主要用于海洋工程，模拟近海结构、海上石油平台导管与立架 二 Abaqus软件介绍 生成部件 定义材料参数 装配零件 定义分析步 建立接触关系 定义载荷、边界条件 划分网格 提交计算、获得结果 二 Abaqus软件介绍 ABAQUS/Explicit（显示非线性动态分析）适用的问题类型： 问题类型 载荷增加导致结构刚度剧烈变化的问题 混凝土开裂 锻造、滚压成型等本质上是静态的问题 高速动力学事件 复杂的接触问题 材料的退化和实效问题 复杂的后屈曲问题 高度非线性的准静态问题 三 基于abaqus的钛合金切削案例 3.1 金属切削过程 金属切削过程是指刀具与工件相互作用形成切削的过程[5]。 图3-1 切削过程示意图 3.2 ABAQUS切削仿真 3.2.1建立模型 图3-2 仿真模型图 速度载荷 边界条件 网格划分 三 基于abaqus的金属切削案例 铁合金和刀具的材料参数 表3-1 工件和刀具的物理参数 三 基于abaqus的金属切削案例 铁合金和刀具的材料参数 表3-2 Johnson—Cook（弹塑性模型） 材料参数 图3-3 金属试样典型的单轴向应力应变关系 切削分离准则：Johnson-cook剪切失效模型是基于单元积分点的等效塑性应变，当材料实效参数ω超过1时，则假定为材料实效。如果在所有积分点材料发生失效，则该单元从网格中删除。失效参数ω定义为[7][8]： ——等效塑性应变增量（与每一个Load 增量对应） ——开始发生破坏时的等效塑性应变 三 基于abaqus的钛合金切削案例 4um 6um 8um 10um 网格相对大一些，可以节省计算时间 网格小一些，可以与实验值相近 需要划分合理的网格 图3-4 网格划分原则 图3-5 不同大小的网格划分 图3-6 不同网格划分下的切削力与切削时间的关系图 图3-6可以看出，实验测量的切削力平均值为F，四种网格划分下计算的切削力在F上下波动，网格4、6、8um模拟出的数值比较接近实验值，考虑到网格划分原则，选取网格大小为8um，进行仿真模拟[9]。 三 基于abaqus的钛合金切削案例 3.2.2 模型计算及后处理 图3-7 scalar?stiffness?degradation（SDEG）尺寸刚度梯度 SDEG大于0.74时，开始出现断裂  三 基于abaqus的钛合金切削案例 3.2.2 模型计算及后处理 图3-8 刀具切削过程中切屑的尺寸刚度梯度 三 基于abaqus的钛合金切削案例 3.2.2 模型计算及后处理 图3-9 刀具切削过程中，不同切削速度下的切屑的尺寸刚度梯度（刀具与切屑摩擦系数摩擦系数u=0.7