abaqus切削模拟教程

3.赋予刀具和工件初始温度：菜单， 预定义场，命名后，区域选择‘ALL_1’ 定义工件初始温度300K（21度）。同理 定义刀具初始温度600K
Abaqus提交作业并计算
建立作业 ，检查数据后， 提交，计算时，课题通过监视 器实时观察计算过程
实时观察
Abaqus后处理模块
Abaqus后处理模块
武汉理工大学
基于Abaqus的刀具切削仿真
Abaqus的功能介绍
• 线性静力学，动力学和热传导学 • 非线性和瞬态分析 • 多体动力学分析
Abaqus的界面介绍
切削模拟的假设条件
本文建立的金属切削加工热力耦合有限元模 型是基于以下的假设条件: • 刀具是刚体且锋利，只考虑刀具的温度传导; • 忽略加工过程中，由于温度变化引起的金相组 织及其它的化学变化; • 被加工对象的材料是各向同性的； • 不考虑刀具、工件的振动； • 由于刀具和工件的切削厚度方向上，切削工程 中层厚不变，所以按平面应变来模拟；
GH4169为合金钢，将会 赋予给未撕裂的切屑和工件
Abaqus赋予材料属性
创建材料GH4169的参数：
3.点‘力学’、‘塑性’，选择‘与 温度有关的数据’，赋予数据 4.设置线膨胀系数，，点‘力学’‘膨胀’
5.设置热传导率，点‘热学’‘传导率’， 输入数据
Abaqus赋予材料属性
创建材料GH4169的参数：
Abaqus定义表面与接触
定义接触性质： 类似操作分别定义接触 PROCESS_CON：增加‘生热’ THIRD_CON:摩擦改为零
Abaqus定义表面与接触
定义接触对： 总共有5对接触 2，按相同方法，按实际接触 定义其他4对接触 1.点 ，选择接触的2个面‘CHIP_BOT’ ‘CHIP_TOP’,力学接触为罚接触 ，接 触属性为Initial_on
选择输出的云图
选择输出应力云图
Abaqus后处理模块
切削应力云图：
Abaqus后处理模块
输出刀具受力的时域图：
反映了切削的平稳性， 衡量加工质量
Abaqus切削的改进
本次切削我认为还有以下有待改进的地方：
1.材料本构模型：本次使用的各向同性，但表示材料高应变速率 下的热粘塑性行为常用J-C模型 2.分离线：采用分离线分别赋予材料属性，但不符合实际 3.道具角度：为防止网格变形速率过大，刀具倾角都取得很小，有待改进
导入模型
阵列
平移实例
旋转实例
合并、切割实例
Abaqus模型装配
1.点击 ，导入零件 2.点 ，选择实例‘WORKPIECE-MESH’, 选右上角作‘起点’，‘JOINT_MESH’右 下角作终点确定
3.同理，将刀具顶点移到（2E-5，5E-6）
Abaqus定义分析步与输出
常用操作：
创建分析步
创建场输出
对整个零件进 行自适应网格 对零件的每条边 分布种子
网格控制，单元形状
指派网格单元类型 控制单元属性
执行网格划分
Abaqus零件网格划分
零件CHIP网格划分：
点击 ，选择上 长边，进行边布种 ，确定
弹出图中，选择 按个数补种，单元数 250
接下来，以相同方式按 顺时针布种，数目分别 为6，20，6，250，20，20
2.控制网格形状，三角形，技术自由
3.网格类型与前面类似
Abaqus零件网格划分
生成网格零件：
1.点击菜单栏‘网格’，选择 ‘创建网格部件’ 2.取名‘TOOL-MESH’ 3.确定，生成绿色的 网格零件
4.在道具右上创建一个参考点， 5.其他零件生成网格零件 如图 便于施加载荷和输出切削力
Abaqus赋予材料属性
常用操作：
创建材料，设置材料参数 创建截面，将不同的材料 参数赋予到不同的截面上 指派截面，将不同的截面 赋予到不同的部件上 管理项，对左边对应项进 行编辑、复制、删除等管理
Abaqus赋予材料属性
创建材料GH4169的参数：
1.点击 ，材料名为GH4169， 点击‘通用’选择密度 2.点‘力学’、‘弹性’，设置 杨氏模量和泊松比
定义载荷幅度曲线： 工具‘幅值’，幅值 曲线如下
Abaqus定义边界条件和载荷
定义约束边界条件：
1.夹持工件：点 ，命名Fix _works,继续，区域选择‘ENCASTRE’ ，选择完全固定
Abaqus定义边界条件和载荷
定义约束边界条件：
2.定义刀具移动：建边界‘Move-TOOL’， 载荷类型‘速度’，施加点选参考点，速 度大小，方向，幅值如下
3.建‘Section_TOOL’,赋予 材料‘TOOL_部件’栏点选‘CHIP_MESH’，点 2.选择整个零件确定后，赋予零件 截面属性‘Section_CHIP&WORK’
3.同理，赋予其他零件对应的截面属性
Abaqus模型装配
常用操作：
GH4169_FAIL赋予给分离线， 破坏到一定程度，网格开裂
Abaqus赋予材料属性
创建刀具TOOL-M的参数：
1.刀具‘密度’‘杨氏模量’ ‘泊松比’如下 2.点‘力学’‘膨胀’，设置 ‘膨胀系数’
3.设置‘热传导率’‘比热’
Abaqus赋予材料属性
设置截面属性：
1.点 ，名称‘Section_CHIP&WORK’, 设置如下，继续，材料选择‘GH4169’ 2.建‘Section_JOINT’,赋予 材料‘GH4169_FAIL’
5.点‘热学’‘非弹性热份额’ 6.点‘热学’‘比热’，输入参数
Abaqus赋予材料属性
创建材料GH4169_FAIL的参数：
1.点 ，选GH4169，‘复制’， 命名‘GH4169_FAIL’
2.选‘GH4169_FAIL’，点‘编辑’‘力学’ ‘延性金属损伤’‘剪切损伤’，破坏机 制参数如下
3.点‘子选项’‘损伤演化’ ‘破坏位移参数’如下
Abaqus建立零件模型
采用单位： N，Pa，m， S，K，J
Abaqus建立零件模型
其他零件尺寸如下：
• JOINT分离线为切削时切屑与工件分离的部分 • 零件分开画，材料接触和变形不同，便于赋予 不同的材料特性与接触属性 • 注意每个零件的原点位置，便于装配
Abaqus零件网格划分
常用操作：
3.定义刀具为刚性约束。在菜单中创建一个集合， 命名为‘TOOL_EL’,选择所有刀具网格后确定
Abaqus定义边界条件和载荷
定义元素集合：定义约束点和初始温度点的集合
.菜单工具中创造如下‘集’ 1.ENCASTRE（点）：用于限制工件自由度 3.ALL_2：定义刀具的初始温度
2.ALL1（点）：用于定义工件初始温度
Abaqus定义表面与接触
3.表面命名为‘CHIP_BOT’ 选择如下红色边确定 4.其他表面定义（红色线）如下
CHIP_ALL
JOINT_BOT JOINT_TOP
WORK_TOP
TOOL_FACE
Abaqus定义表面与接触
定义接触性质： 1.点 ,继续 ，命名‘int-con’ 2.力学分别定义‘切向行为’ 3.定义热传导，定义传导率 ‘法向行为’ 与距离的函数对应关系如下
创建历程输出
对左边对应项进行管理
Abaqus定义分析步与输出
定义分析步：
1.点 ，建分析步‘Unsteady cutting’ 插在初始步后，参数设置如下 2.时间长度设为2E-5，几何非线性 设为‘开’
Abaqus定义表面与接触
切换到‘相互作用’
定义接触面：
1.通过菜单、视图，只显 示零件CHIP 2.菜单栏，‘工具’‘创建面’
Abaqus零件网格划分
1.CHIP网格形状控制：
点击 ，，选择整个零件后确定， 选择如下图参数
2.CHIP网格元素类型： 点击 ，选择整个零件，参数如下
3.最后点击
，完成网格划分
零件分离线，工件网格划分与此相同
Abaqus零件网格划分
刀具TOOL网格划分：
1.点击边布种，如图，按住shif选择前刀面 与后刀面，使用密度偏离布种