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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(duì)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(huì)導(dǎo)致求解的不穩(wěn)定。

1、 引言本教學(xué)聚焦于金屬切削加工領(lǐng)域，通過 Abaqus 有限元分析軟件開展三維切削過程仿真建模實(shí)踐教學(xué)。

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(duì)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。

將刀具簡(jiǎn)化為刀尖模型，設(shè)置刀具前角為10°，刀具后角為10°；將工件簡(jiǎn)化為15mm×5mm×1mm的長(zhǎng)方體模型。簡(jiǎn)化后的仿真模型網(wǎng)格劃分 材料屬性設(shè)置塑性（Johnson-Cook）、熱傳導(dǎo)率、剪切損傷、比熱等材料行為。

從力學(xué)機(jī)理層面看，巖石切削本質(zhì)是刀具與巖石接觸區(qū)的應(yīng)力集中引發(fā)的脆性斷裂過程，伴隨多條微裂紋的萌生、擴(kuò)展與貫通。Cohesive單元基于**內(nèi)聚力模型（Cohesive Zone Model, CZM）**，可通過定義牽引-分離準(zhǔn)則，精準(zhǔn)描述巖石材料的斷裂過程：?jiǎn)卧獌?nèi)部應(yīng)力達(dá)到粘結(jié)強(qiáng)度前，表現(xiàn)為彈性變形；應(yīng)力超過閾值后，單元?jiǎng)偠韧嘶殡S能量耗散，直至單元失效形成裂紋。

待切削工件采用歐拉類型進(jìn)行建模，創(chuàng)建計(jì)算域并對(duì)其進(jìn)行切分。 二、創(chuàng)建材料銑削是一個(gè)高速動(dòng)態(tài)的過程，需同時(shí)考慮應(yīng)變、應(yīng)變率及溫度對(duì)被切削材料的影響，因此工件采用J-C本構(gòu)。

本案例適合哪些人學(xué)習(xí)：1、學(xué)習(xí)型仿真工程師2、理工科院校學(xué)生3、與切削工藝相關(guān)的工程師你會(huì)得到什么：1、掌握三維模型的繪制2、掌握熱結(jié)構(gòu)耦合顯示動(dòng)力學(xué)分析相關(guān)的材料參數(shù)設(shè)置3、理解動(dòng)力學(xué)分析步的建立4、學(xué)習(xí)切削相關(guān)的相互關(guān)系的設(shè)置5、了解顯示動(dòng)力學(xué)網(wǎng)格的劃分6、學(xué)習(xí)結(jié)果后處理的查看與對(duì)比案例介紹：所使用軟件為ABAQUS2018

（3）定義初始條件 定義初始條件就是在DEFORM-3D中設(shè)置仿真加工的基本參數(shù)，具體設(shè)置如下。1）設(shè)置切削參數(shù)。主要包括切削速度、背吃刀量和進(jìn)給量等的設(shè)置。2）工作環(huán)境和接觸面屬性設(shè)置。主要包括環(huán)境溫度、摩擦因數(shù)和熱導(dǎo)率等的設(shè)置。3）刀具設(shè)置。主要包括刀具的角度、結(jié)構(gòu)及材料等的設(shè)置，也需要設(shè)置刀具的邊界條件等，本次模擬使用的刀具材料為硬質(zhì)合金WC。

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有限元仿真模型的可靠性和有效性很大程度取決于仿真方法、本構(gòu)模型、摩擦模型和損傷模型對(duì)網(wǎng)格單元、材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)行為、刀具-切屑-工件接觸過程和切屑的形成機(jī)制描述的準(zhǔn)確性。建立更符合真實(shí)切削情況的有限元仿真模型，可以為優(yōu)化切削過程變量和工藝參數(shù)提供參考。因此，針對(duì)不同材料和加工方式，對(duì)宏觀和微觀過程變量和材料去除機(jī)制預(yù)測(cè)的有限元仿真進(jìn)展進(jìn)行了綜述，如圖1所示。

表4　鎢鉬合金材料Johnson-Cook本構(gòu)模型參數(shù)2.3 接觸和邊界條件創(chuàng)建一個(gè)接觸屬性，由于仿真過程中將刀具視為剛體，所以需要再創(chuàng)建一個(gè)剛體約束。在初始分析步下創(chuàng)建一個(gè)邊界條件，約束工件側(cè)面的所有自由度，刀具需要約束4個(gè)自由度，并設(shè)置繞Z 軸的旋轉(zhuǎn)及移動(dòng)，其中轉(zhuǎn)動(dòng)速度為主軸轉(zhuǎn)速，移動(dòng)速度為進(jìn)給速度。創(chuàng)建預(yù)定義溫度場(chǎng)，定義工件的溫度為298K。

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，待切削材料按照拉伸試驗(yàn)或文獻(xiàn)資料獲取。

表4　鎢鉬合金材料Johnson-Cook本構(gòu)模型參數(shù)2.3 接觸和邊界條件創(chuàng)建一個(gè)接觸屬性，由于仿真過程中將刀具視為剛體，所以需要再創(chuàng)建一個(gè)剛體約束。在初始分析步下創(chuàng)建一個(gè)邊界條件，約束工件側(cè)面的所有自由度，刀具需要約束4個(gè)自由度，并設(shè)置繞Z 軸的旋轉(zhuǎn)及移動(dòng)，其中轉(zhuǎn)動(dòng)速度為主軸轉(zhuǎn)速，移動(dòng)速度為進(jìn)給速度。創(chuàng)建預(yù)定義溫度場(chǎng)，定義工件的溫度為298K。

2 有限元仿真軟件介紹及設(shè)置本文所采用的有限元CAE軟件為Advant Edge，是一款專業(yè)性較強(qiáng)、針對(duì)優(yōu)化金屬切削和輔助刀具設(shè)計(jì)的軟件，提供了多種2D和3D（包括車削、銑削、鉆削和拉削等）工藝分析模塊。本文中的有限元仿真可直接采用Advant Edge自帶的二維拉削模塊進(jìn)行，其大致分析流程為：刀具及工件參數(shù)設(shè)定、網(wǎng)格劃分、材料定義、切削參數(shù)定義、求解過程分析和仿真結(jié)果分析。