abaqus巖石切削的案例
不同切削深度下二維巖石切削分析
不同切削深度下二維巖石切削分析
線性切削廣泛應(yīng)用于巖石的數(shù)值試驗(yàn)中，在線性切削過程中切削刀具以設(shè)定的速度劃過巖石表面，同時(shí)以不同深度切削巖石，切削破壞表層部分巖石材料。使用ABAQUS有限元軟件建立單刀線性切削巖石材料仿真模型，研究切削深度對巖石切削中切削力的影響。
1.計(jì)算模型
運(yùn)用有限元顯示動(dòng)力學(xué)分析方法進(jìn)行仿真模擬計(jì)算。在有限元模型中，巖石材料模型的長度為20mm，高度為5mm的長方形，刀具為長3mm，寬1mm，傾角為15°。
如圖所示為巖石單刀線性切削模型示意圖。將切削刀具視為剛體，巖石材料剖分為6000個(gè)單元，巖石采用平面應(yīng)變四節(jié)點(diǎn)雙線性減縮積分單元(CPE4R)，且將被切削部分的巖石進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化，保證精度的同時(shí)提高計(jì)算效率。
單刀線性切削巖石材料的仿真計(jì)算十分復(fù)雜，為了提高計(jì)算效率和便于分析，忽略次要影響因素，對該模型做出如下假設(shè)：
(1)當(dāng)巖石材料單元失效后即從模型中刪除，忽略其失效后對后續(xù)切削的影響。
(2)切削刀具的強(qiáng)度和剛度遠(yuǎn)高于巖石材料，將刀具假設(shè)為剛體，且在切削過程中不發(fā)生磨損。
(3)不考慮溫度對切削過程的影響。
2.計(jì)算參數(shù)
密度：2600kg/m3
彈性模量2000000000pa
泊松比0.3
斷裂應(yīng)變0.002
內(nèi)摩擦角41.84°;
剪漲角5°;
屈服應(yīng)力10900000pa
失效位移0.0001
3.計(jì)算工況
切削速度為15mm/s，切割時(shí)間為0.5s，質(zhì)量縮放為10000。
建立切削深度為0.1 mm -1.8mm共18個(gè)工況。
將切削刀具視為剛體，在切削刀具上設(shè)置參考點(diǎn)RP來約束其運(yùn)動(dòng)，這樣不僅便于切削力的提取，也便于對刀具施加約束條件。
展開 abaqus顯示動(dòng)力學(xué)應(yīng)用-鉆頭切削巖石
abaqus擁有強(qiáng)大的顯示動(dòng)力學(xué)求解能力，應(yīng)用abaqus的Explicit做了個(gè)牙輪鉆頭切削巖石的案例，總結(jié)以下幾個(gè)遇到的問題：
1.不開多線程可以正常求解，一開多線程就報(bào)錯(cuò)？
在顯示動(dòng)力學(xué)接觸設(shè)置中，abaqus軟件默認(rèn)的是動(dòng)態(tài)接觸算法（Kinematic contact algorithm）,當(dāng)開啟多線程時(shí)就會由于求解速度過高而產(chǎn)生計(jì)算的不穩(wěn)定性，而該算法的接觸約束嚴(yán)格性很高，因此當(dāng)遇到求解不穩(wěn)定時(shí)就會產(chǎn)生報(bào)錯(cuò)從而導(dǎo)致計(jì)算終止。由于罰函數(shù)法的接觸約束嚴(yán)格性要低于動(dòng)態(tài)接觸算法，因此改為罰函數(shù)法（penalty contact method）即可。
2.切削中鉆頭和巖石發(fā)生穿透？
在切削仿真中鉆頭和巖石間的接觸壓力、接觸剛度和許用穿透量之間的平衡被打破。可以細(xì)化接觸區(qū)域網(wǎng)格; 修改接觸剛度;用軟接觸代替硬接觸
3.仿真中的求解不穩(wěn)定性問題？
由于abaqus explicit的接觸算法對接觸面的類型有較嚴(yán)格的限制,而切削仿真又是一個(gè)高度非線性求解過程，這些都會導(dǎo)致求解的不穩(wěn)定。可以采用細(xì)化網(wǎng)格、調(diào)節(jié)增量步長、采用ALE技術(shù)、在接觸中引入阻尼等來完成的。
4.巖石的切削形態(tài)如何控制？
建議失效選用位移方式，合理選擇失效數(shù)值
5.求解時(shí)間較長？
顯式動(dòng)力學(xué)是采用顯式算法進(jìn)行動(dòng)力學(xué)方程的求解，顯式算法最大優(yōu)點(diǎn)是有較好的穩(wěn)定性，不存在隱式算法中的收斂性問題。顯式動(dòng)力學(xué)最適合發(fā)生在短時(shí)間，幾毫秒內(nèi)的事件或更小時(shí)間。持續(xù)1秒以上的事件可以模擬但是需要較長的時(shí)間，通過諸如質(zhì)量縮放和動(dòng)態(tài)松弛之類的技術(shù)可用于提高模擬效率減少計(jì)算時(shí)長。
求解效果圖如下：
展開 巖石或金屬切削，包含切削屑
巖石或金屬切削，包含切削屑
基于SPH方法進(jìn)行巖石切削
簡易PDC切削巖石，巖石采用SPH方法建模
巖石切削熱耦合溫度云圖展示
巖石切削熱耦合溫度云圖展示
生成數(shù)條裂紋，用插入cohesive單元做二維巖石切削 ￥30
從工程適用性角度考量，該方法可直接服務(wù)于巖石切削工藝優(yōu)化。在石油工程鉆井、礦山機(jī)械切削等實(shí)際場景中，巖石內(nèi)部存在天然微裂紋與缺陷，多裂紋擴(kuò)展直接影響切削效率與刀具磨損。通過插入Cohesive單元生成多裂紋，可模擬不同切削參數(shù)（如刀具角度、切削速度）下巖石的損傷演化規(guī)律，預(yù)測切削過程中的崩碎區(qū)范圍與裂紋擴(kuò)展方向，為高效切削工藝參數(shù)的制定提供數(shù)值依據(jù)。而其他裂紋生成方法（如擴(kuò)展有限元法XFEM）雖也可模擬裂紋擴(kuò)展，但在多裂紋相互作用及碎屑分離的模擬中，存在單元積分復(fù)雜、計(jì)算成本高的問題，對于二維切削這類需要大規(guī)模模擬的場景，插入Cohesive單元法兼具精度與效率優(yōu)勢。
綜上，插入Cohesive單元生成多裂紋是二維巖石切削模擬中不可或缺的技術(shù)手段，其核心價(jià)值在于實(shí)現(xiàn)了巖石斷裂機(jī)理、數(shù)值計(jì)算精度與工程應(yīng)用需求的有機(jī)統(tǒng)一。
展開 第十屆全國切削仿真高級研修班-abaqus 切削仿真-培訓(xùn)
第十屆全國切削仿真高級研修班
一、各高校、研究所及企業(yè)單位：
利用試驗(yàn)和解析的手段進(jìn)行切削過程的模擬或者刀具優(yōu)化，不僅耗時(shí)、耗力、耗成本，而且還不易對切削溫度以及刀具磨損等進(jìn)行檢測和預(yù)測。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，利用有限元軟件來模擬切削加工成為了一種重要的手段，但是由于切削仿真屬于交叉學(xué)科技術(shù)，涉及到力學(xué)、摩擦學(xué)、熱學(xué)以及材料學(xué)等多個(gè)學(xué)科知識的綜合運(yùn)用，因此技術(shù)門檻比較高，初學(xué)者不易掌握，廣大企事業(yè)單位科研人員的課題進(jìn)展速度難以保證。
清華大學(xué)領(lǐng)航科工團(tuán)隊(duì)是國內(nèi)第一個(gè)專業(yè)從事航空材料切削仿真技術(shù)研究的科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)核心成員皆來自于清華大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，目前該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)分別獲得北京中關(guān)村高新技術(shù)企業(yè)和國家高新技術(shù)企業(yè)資質(zhì)認(rèn)定。為提升相關(guān)科技工作者的切削仿真水平，本團(tuán)隊(duì)準(zhǔn)備舉辦第十屆全國切削仿真高級研修班，具體事宜如下。
通過本次切削仿真科研培訓(xùn)，使高校師生以及航空、刀具企業(yè)的人員掌握通用軟件在切削仿真中的應(yīng)用，直觀體會切削過程中的切削力、切削溫度等物理場的變化，從而為研究生的科研、學(xué)業(yè)以及軍工以及刀具企業(yè)的工藝優(yōu)化助力。同時(shí)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)員了解金屬切削方向的科研創(chuàng)新方法以及科研論文寫作技巧，以此為研究生和導(dǎo)師的課題助力。
二、主講教師人簡介：
梁桂強(qiáng)：領(lǐng)航科工團(tuán)隊(duì)創(chuàng)始人,吉林大學(xué)機(jī)械制造及自動(dòng)化專業(yè)博士，中科院高級工程師。浙江、湖南兩省科技廳科技項(xiàng)目評審專家，清華大學(xué)研究生導(dǎo)師，中國刀具協(xié)會切削先進(jìn)技術(shù)研究分會理事，中國切削仿真產(chǎn)業(yè)化的推動(dòng)者，長期從事航空難加工材料切削加工過程的數(shù)值模擬，擁有豐富的科研及工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。
展開 abaqus二維切削，為什么切削力瞬間為0
刀具走過的地方有個(gè)尖角，運(yùn)行結(jié)果又沒有error，是為啥呢， 二維切削討論可加QQ460573190，一起探討一下～
LS-DYNA滾刀切削巖石仿真，滾刀自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，k文件 ￥500
LS-DYNA滾刀切削巖石仿真，滾刀自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，k文件，僅供研究參考。
ABAQUS案例-材料切削分析及切削過程中的熱力耦合分析 ￥3
本案例（附件中inp文件）介紹了ABAQUS中的材料切削分析。由于材料在切削過程中不僅會受到切削作用力，還會因切削過程中產(chǎn)生的熱量而受到熱作用力，因而涉及到熱力耦合分析。本案例介紹了如何在ABAQUS中實(shí)現(xiàn)切削金屬材料所帶來的熱量或溫度變化，以及實(shí)現(xiàn)在切削作用下的熱力耦合分析。
Abaqus三維切削案例教學(xué) ￥29.99
結(jié)果展示：通過應(yīng)力云圖識別高應(yīng)力區(qū)域（如切削刃、刀具后刀面與工件接觸處），提取主應(yīng)力、等效應(yīng)力（如 von Mises 應(yīng)力）分布，評估材料的失效風(fēng)險(xiǎn)（如刀具磨損、工件表面裂紋）。
圖16 應(yīng)力云圖可視化
（3） 參數(shù)敏感性分析
對比不同切削速度、進(jìn)給量、切削深度下的溫度場與應(yīng)力場差異，總結(jié)關(guān)鍵參數(shù)對結(jié)果的影響規(guī)律。例如，切削速度的提高會顯著增加溫度和應(yīng)力水平，而進(jìn)給量的增加對應(yīng)力的影響更為明顯。這些結(jié)果可為切削工藝參數(shù)的優(yōu)化提供參考，以降低切削過程中的熱損傷和提高加工質(zhì)量。
7、 結(jié)論與拓展應(yīng)用
（1） 結(jié)論：溫度 - 位移耦合分析能夠有效地揭示切削過程中工件和刀具的多物理場行為，溫度場的時(shí)空分布直接影響著應(yīng)力場的演化特征。高應(yīng)力和高溫區(qū)域容易導(dǎo)致刀具磨損和工件表面質(zhì)量下降，因此需要通過優(yōu)化切削工藝參數(shù)（如降低切削速度、增加進(jìn)給量）、改善冷卻條件等措施來降低損傷風(fēng)險(xiǎn)。
（2） 拓展：本方法可擴(kuò)展至其他切削加工場景（如銑削、磨削、鏜削）或材料類型（如鋁合金、鈦合金、復(fù)合材料），通過調(diào)整熱源模型、刀具幾何參數(shù)和邊界條件，實(shí)現(xiàn)跨領(lǐng)域應(yīng)用。同時(shí)，該方法還可與其他分析方法（如模態(tài)分析、疲勞分析）相結(jié)合，進(jìn)一步研究切削過程中的動(dòng)態(tài)特性和疲勞壽命。
8、 附件：本案例中的abaqus模型文件（包括cae、odb和inp文件）
展開 
使用Abaqus仿真刨床切削加工
本例中網(wǎng)格劃分較細(xì)密，可適當(dāng)調(diào)整網(wǎng)格大小
06
相互作用
將刀頭定義為剛體
切削過程中刀頭兩個(gè)面與待切材料結(jié)點(diǎn)集接觸，切向摩擦系數(shù)定為0.1
08
定義載荷與邊界
待切削材料下端固定，刀頭向右定義一定的位移，本例定義60
09
提交作業(yè)與可視化
創(chuàng)建作業(yè)，并提交，完成后可視化結(jié)果如下：
文章來源：虛擬Abaqus仿真現(xiàn)實(shí)世界 ，作者心印玅經(jīng)
Abaqus之切削數(shù)值模擬
當(dāng)然，貓咪老師猜想由于金屬切削在熱熔的情況下才能完成，所以需要增加與溫度有關(guān)的一些參數(shù)的設(shè)置，比如膨脹、導(dǎo)熱等。
要點(diǎn)3
Assembly模塊沒有多大花頭，這里要注意兩點(diǎn)，一是大變形設(shè)置、換算整個(gè)過程完成的時(shí)間、還有大名鼎鼎的ALE自適應(yīng)網(wǎng)格算法。自適應(yīng)網(wǎng)格在許多方面都應(yīng)用非常廣泛，我用下來的理解是，自適應(yīng)算法可以將有限元的網(wǎng)格“剪破”。適應(yīng)某種大變形的存在。
要點(diǎn)4
當(dāng)然，重中之重的還是接觸模塊，貓咪老師認(rèn)為做有限元分析中接觸模塊最不容易操作，錯(cuò)一處，結(jié)果就不容易收斂。首先來說一下接觸屬性的設(shè)置，也就是刀片與金屬片的面面接觸，需要定義法向與切向?qū)傩裕蠄D：
約束屬性中需要定義刀片的性質(zhì)，一個(gè)是解析剛體作用面的方向，另一個(gè)是參考點(diǎn)的選取，這樣刀片在約束屬性的定義下完全變成了剛體，上圖：
要點(diǎn)5
載荷模塊中，需要定義刀片的切削速率。（方向不要搞錯(cuò)哦！）
這樣一個(gè)簡單的刀片切削的案例就大功告成。
展開 ABAQUS切削的兩篇論文
有材料本構(gòu)和切削仿真的關(guān)鍵技術(shù)的說明
基于ABAQUS的不銹鋼材料切削過程的模擬與數(shù)值分析.pdf
AISI4340鋼的絕熱剪切與動(dòng)態(tài)失效準(zhǔn)則.pdf
abaqus如何搞土壤切削
如題
