ABAQUS非稳态切削仿真实例
Abaqus切削仿真常见问题及其解决个人总结
切削仿真常见问题及其解决2014年10月17日14:03【关于截面定义】1.进行二维切削仿真时，定义的截面属性要勾选平面应变应力厚度，而且一定要将默认值1改为实际要仿的切削深度（对于车削，为径向车削深度）尤其是以米为单位时。
1.网格过度变形（mesh distorted exessively）：可能原因有：切屑分离临界值定义过高；材料参数数量级错误；如果定义了ALE可以减小remeshing frequency的值从而提高网格重划分频率。
ERROR: There are a total of 7 excessively distorted elementsThe following checklist may be helpful in diagnosing the error:1. Check contact definitions for problems such as excessive initialoverclosure or unrealistic tied definition between contact pairs.A vector plot of velocities or accelerations will usually help toidentify contact problems.2. Check stiffness (elastic modulus) and mass (density) definitions forconsistent units and verify that the combination is reasonable.3. Check for poor mesh definition.4. Check the boundary conditions for an excessive loading rate. The*DIAGNOSTICS, DEFORMATION SPEED CHECK=DETAIL option may be used to obtaindetailed diagnostics information.5. Check the current status of the structure to see if it hastotally failed.6. A dashpot or a very stiff spring may cause the analysis to go unstable. The *DYNAMIC, DIRECT option may be used to control the time increment directly.2.发现有网格剧烈变形呈突刺状：碰到过的原因有两种：1）field output中没有勾选state里面的STATUS变量，突刺状网格实际上是已经破坏掉的网格，勾选status变量可以使已破坏的网格不显示。
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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
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
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
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
2.点‘力学’、‘弹性’，设置 杨氏模量和泊松比
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
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’
3.建‘Section_TOOL’,赋予 材料‘TOOL_M’
Abaqus赋予材料属性
ABAQUS非稳态切削仿真实例
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ABA QUS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ABA QUS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ABAQU S,LS-DYNA,DEFROM,ADVANT AGE,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AB AQUS可以利用子程序和pyt hon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AB AQUS方便，而DEFOR M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ADVAN TAGE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ABAQU S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。
基于ABAQUS的不锈钢材料切削过程的模拟与数值分析
1.通过研究 AISI-316L 材料 Johnson-cook 本构方程、刀-屑接触模型、切屑分 离模型、切屑损伤断裂等关键技术建立了正交切削有限元模型。其中切屑分离模型 是整个切削模拟过程中最重要部分，对切屑的形成机理也有重要作用，论文采用单 元累进损伤失效技术，将上述关键技术分别应用在切削过程的有限元仿真中。
2.加工硬化现象。由于 316L 不锈钢在加工过程中的网格畸变引起的加工硬化现 象，其表面硬化强度可到 1800Mpa，其硬化层厚度约占整个加工深度的 1/3 甚至更大， 表面强度也提高至接近原来的 2 倍左右。发生加工硬化更深层次的原因主要是，材 料内部晶格发生扭曲和滑移，在高温下部分奥氏体组织发生金相变化生成了更稳定 的马氏体结构，同时材料中所含的杂质也发生扩散，使材料的组成结构发生变化， 最后产生加工硬化层。虽然一定的硬化层会提高零件的机械性能，提高抗应力腐蚀 能力，但是会在加工过程中增加刀具与零件的摩擦，加速刀具的磨损现象，同时对 零件的表面粗糙度也是有一定影响的。
1.3 不锈钢的切削加工特点
以 AISI-316L 不锈钢(国内牌号 00Cr17Ni14Mo2)为例，其可加工厚度一般在 0.3mm-0.5mm 之间，是一种难切削材料。不锈钢材料切削加工的特点主要是以下几个 方面[5-14]:
1.切削力大。316 不锈钢的抗拉强度和硬度随温度变化幅度较小，普通材料在加 工过程中会随着加工温度的升高，强度发生下降，很容易发生切屑分离，完成切削 过程。316L 材料在常温下强度与硬度接近于中碳钢，但当在温度升至 700℃时仍不 能降低其机械性能(500℃时的σ b =500Mpa)，使工件很难发生切屑分离。从而引起加 工过程中的切削力过大，影响刀具寿命。同时由于其相对于普通钢材良好的延伸性， 加工时塑性应变偏大，导致材料内部晶格发生严重扭曲，同时连带产生加工硬化的 现象。而上述这些因素都会引起加工过程的切削力偏大。
abaqus二维切削仿真实例
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；采用单位：N，Pa，m，S，K，J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 零件网格划分对整个零件进行自适应网格常用操作：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6，20，6，250，20，201.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 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，便于施加载荷和输出切削力5.其他零件生成网格零件如图常用操作：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，材料名为点击‘通用’选择密度创建材料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’，输入数据创建材料GH4169的参数：5.点‘热学’‘非弹性热份额’6.点‘热学’‘比热’，输入参数创建材料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GH4169_FAIL赋予给分离线，破坏到一定程度，网格开裂创建刀具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’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’3.建‘Section_TOOL’,赋予材料‘TOOL_M’赋予零件截面属性：1.‘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：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）常用操作：创建分析步创建场输出创建历程输出对左边对应项进行管理定义分析步：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’切换到‘相互作用’1.通过菜单、视图，只显示零件CHIP2.菜单栏，‘工具’‘创建面’定义接触面：3.表面命名为‘CHIP_BOT’4.其他表面定义（红色线）如下选择如下红色边确定CHIP_ALLJOINT_BOTJOINT_TOPWORK_TOPTOOL_FACE定义接触性质：1.点，命名‘int-con’,继续2.力学分别定义‘切向行为’‘法向行为’3.定义热传导，定义传导率与距离的函数对应关系如下定义接触性质：类似操作分别定义接触PROCESS_CON：增加‘生热’THIRD_CON:摩擦改为零定义接触对：总共有5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_on2，按相同方法，按实际接触 定义其他4对接触3.定义刀具为刚性约束。
abaqus切削模拟教程演示幻灯片
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’
2020/4/12
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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
3.设置‘热传导率’‘比热’
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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INT’,赋予 材料‘GH4169_FAIL’
3.建‘Section_TOOL’,赋予 材料‘TOOL_M’
2020/4/12
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Abaqus定义表面与接触
定义接触性质：
1.点 ，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
,继续
‘法向行为’
与距离的函数对应关系如下
2.点‘力学’、‘弹性’，设置 杨氏模量和泊松比
2020/4/12
GH4169为合金钢，将会 赋予给未撕裂的切屑和工件
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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
旋转实例
合并、切割实例
2020/4/12
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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
abaqus仿真案例
Abaqus是一款功能强大的有限元分析（FEA）软件，广泛应用于各种工程领域。
以下是一个简单的Abaqus仿真案例，演示了如何对一个简单的结构进行静态分析。
案例描述：
假设我们要分析一个简单的矩形板，其长度为1m，宽度为0.5m，厚度为0.01m。
该板材由线性弹性材料制成，其弹性模量为200GPa，泊松比为0.3。
分析步骤：
1.创建模型：在Abaqus中创建一个新的模型，并设置模型单位为m。
2.创建材料属性：在Abaqus中定义材料的弹性模量和泊松比。
3.创建网格：对模型进行网格划分，选择合适的网格大小和类型。
4.施加载荷和约束：在模型的边界上施加固定约束，并在上表面施加均匀分布
的载荷。
5.运行分析：进行静态分析，并查看分析结果。
分析结果：
通过查看分析结果，我们可以得到矩形板的应力分布和变形情况。
在本案例中，最大应力出现在矩形板的中心位置，其值为199.8MPa。
最大变形出现在矩形板的边缘位置，其值为0.002m。
结论：
本案例演示了如何使用Abaqus进行静态分析，并得到了矩形板的应力分布和变形情况。
通过调整材料属性和载荷条件，可以对不同结构的静态性能进行分析和优化。
abaqus切削模拟教程
零件分离线，工件网格划分与此相同
精品课件
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
2.控制网格形状，三角形，技术自由
精品课件
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’
1.刀具‘密度’‘杨氏模量’3.设置‘热传导率’‘比热’
精品课件
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’
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；
精品课件
Abaqus建立零件模型
采用单位： N，Pa，m， S，K，J
精品课件
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
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
精品课件
Abaqus赋予材料属性
创建材料GH4169的参数：
5.点‘热学’‘非弹性热份额’
6.点‘热学’‘比热’，输入参数
精品课件
Abaqus赋予材料属性
创建材料GH4169_FAIL的参数：
1.点
abaqus切削模拟教程.ppt
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.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
便于施加载荷和输出切削力
如图
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
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
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’
3.建‘Section_TOOL’,赋予 材料‘TOOL_M’
Abaqus切削仿真常见问题及其解决个人总结
切削仿真常见问题及其解决2014年10月17日14:03【关于截面定义】1.进行二维切削仿真时，定义的截面属性要勾选平面应变应力厚度，而且一定要将默认值1改为实际要仿的切削深度（对于车削，为径向车削深度）尤其是以米为单位时。
1.网格过度变形（mesh distorted exessively）：可能原因有：切屑分离临界值定义过高；材料参数数量级错误；如果定义了ALE可以减小remeshing frequency的值从而提高网格重划分频率。
ERROR: There are a total of 7 excessively distorted elementsThe following checklist may be helpful in diagnosing the error:1. Check contact definitions for problems such as excessive initialoverclosure or unrealistic tied definition between contact pairs.A vector plot of velocities or accelerations will usually help toidentify contact problems.2. Check stiffness (elastic modulus) and mass (density) definitions forconsistent units and verify that the combination is reasonable.3. Check for poor mesh definition.4. Check the boundary conditions for an excessive loading rate. The*DIAGNOSTICS, DEFORMATION SPEED CHECK=DETAIL option may be used to obtaindetailed diagnostics information.5. Check the current status of the structure to see if it hastotally failed.6. A dashpot or a very stiff spring may cause the analysis to go unstable. The *DYNAMIC, DIRECT option may be used to control the time increment directly.2.发现有网格剧烈变形呈突刺状：碰到过的原因有两种：1）field output中没有勾选state里面的STATUS变量，突刺状网格实际上是已经破坏掉的网格，勾选status变量可以使已破坏的网格不显示。
abaqus切削模拟教程演示幻灯片
实时观察
2020/4/12
32
Abaqus后处理模块Leabharlann 2020/4/1233
Abaqus后处理模块
选择输出的云图
选择输出应力云图
2020/4/12
34
Abaqus后处理模块
切削应力云图：
2020/4/12
35
Abaqus后处理模块
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
8
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，
2.CHIP网格元素类型： 点击 ，选择整个零件，参数如下
选择如下图参数
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
2020/4/12
2，按相同方法，按实际接触 定义其他4对接触
2020/4/12
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
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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’
3.ALL_2：定义刀具的初始温度
1.ENCASTRE（点）：用于限制工件自由度
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
2020/4/12
36
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
abaqus切削模拟教程精编版
中层厚不变，所以按平面应变来模拟；
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
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
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
2.点‘力学’、‘弹性’，设置 杨氏模量和泊松比
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’
3.ALL_2：定义刀具的初始温度
1.ENCASTRE（点）：用于限制工件自由度
2.ALL1（点）：用于定义工件初始温度
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
便于施加载荷和输出切削力
如图
基于ABAQUS的切削仿真加工研究
１沙智华 ．切削加工有 限元仿 真技术 研究进展 ．制造 材料 ，
２０１０， ６ ： ４５ —４８
２王 克琦 ．切削 加工有 限元仿 真与应 力分 析温效 朔 ．工具 技 术 ，２００６ ，４０：３０—３２
３方刚 ，曾攀 ．金属正交 切削工 艺 的有 限元模 拟 ．机 械科 学与技术 ，２００３，２２（４）：６４１～６４５
切 削加工 过程 中 ，被 切削 的 金属 经历 剪切 滑移 变形 发生 分离 形 成切 屑 。在金 属 切削模 拟 过程 中采 用相 应 的切 削分 离 准则 来衡 量金 属 是 否发 生 分 离 ， 为更 真 实 的 反 映 切 削 过 程 的 本 质 ，本 文 采 用 了 ＡＢＡＱＵＳ软 件 提 供 的 基 于 等 效 塑 性 应 变 的断 裂 准 则 ，断 裂标 准衡 量参 数 Ｗ定 义 为 ：
ｗ：∑ｆ １
式（２）
表 面质 量 的方法 有很 多 ，其 中切 削加 工是 最 主要 的 方法 ，通 过 刀 具 和 工 件 的相 对 运 动 实 现 坯 料 的切 除 。切 削过 程 中 ，由于 刀具 和工 件 的相互 作用 会 产 生 高温 、大 应变 ，金 属 材料会 发 生 弹塑性 流 动 ，产 生 剪切 变形 ，因此 建立 合理 的材 料 流动 应力模 型 是 模 拟分 析 的关 键 。本 文 采 用 Ｊｏｈｎｓｏｎ—Ｃｏｏｋ材 料 模
（ｂ）嘲格 密 的 切 削力 曲线
正确 性 。
参 考文献
（ｃ） 阐格 为 三角 形 的切 削 力 曲线
图 ５ 不 同网格疏密状况下 的切削 力曲线
４ 结 论
金 属 切 削 加 工 过 程 是 一 个 复 杂 动 态 的物 理 过 程 ，采 用传 统 的方 法难 以进 行准 确 的分 析和研 究 。
开题报告-基于ABAQUS的切削过程刀具磨损仿真
的预测工作，使用 Deform2D 有限元软件，模拟了切削 AISI1045 钢时硬质合金刀 具的磨损情况，结果表明：以粘结磨损为机理建立的 Usui 模型能够较好地预测刀 具的磨损，但是刀具寿命预测值（后刀面磨损 VB）较试验值要低。分析认为，其 仿真模型中工件被设定为刚塑性体，这就忽略了材料回弹对后刀面磨损的影响， 导致后刀面与工件几乎没有接触，从而造成后刀面磨损计算值与试验值的差别较 大。如果后角稍大则后刀面几乎不存在磨损，这与实际刀具磨损规律不符。
①调研，查阅有关文献资料，清楚切削过程，并学习 ABAQUS 软件； ②根据切削过程和特点，分析切削过程有限元仿真模型的难点； ③在 ABAQUS 仿真软件中建立切削过程模型； ④进行切削过程仿真； ⑤对切削过程中刀具受力情况进行分析； ⑥根据主要任务详细安排论文进度。 五、论文提纲 第 1 章 摘要 第 2 章 金属切削理论和刀具磨损理论
2.国内状况
现有磨损模型可分为两个类型：第一种是切削参数、刀具寿命型，这样的泰 勒公式，第二个是切割过程中的变量通常是基于一个或若干磨损机制。这个模型 无力的，因为，一方面，磨损现象被建模为不连续的现象的时间而不是真实的情 况。在另一方面，它是在实施的的限制磨损机理，即磨损问题降低到 1 或 2 的磨 损机制。 磨损接触的现象说明了通过形成之间的关系微动系统碎片和摩擦中消 耗的能量。这个耗能是更加可控制在接触区中使用量方面。这种方法是实验性 的，一个摩擦磨损试验机，用于量化接触力的值，然后将能量耗散因摩擦以及与 它链接遗失的能量耗散在这个区域。随着计算机技术的迅速发展，有限元在工程 分析中的作用已从分析、校核扩展到优化设计并和计算机辅助设计技术相结合 正在逐步达到其性能的最佳化状态。21 世纪以来，随着计算机等技术的进一步发
利用ABAQUS模拟不同模态下的金属切削过程
机械工程与自动化 ＭＥＣＨＡＮＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＆ ＡＵＴＯＭＡＴＩＯＮ
文 章 编 号 ：１６７２６４１３（２０１８）０２００９３０２
Ｎｏ．２ Ａｐｒ．
利用 ＡＢＡＱＵＳ模拟不同模态下的金属切削过程
齐 康１， 闫 昊２， 陈 祥 瑶３
和应变等现象［２］，可以采用ＪｏｈｎｓｏｎＣｏｏｋ模型综 合 考 虑应变、应变率、热软 化 等 因 素 对 工 件 的 影 响，其 本 构
模型可以表达为：
［ ］ σ珋＝
（犃＋犅ε珋狀）（１＋犆ｌｎεε珋０
）１－
（犜－犜０ 犜犿犲犾狋－犜０
）犿
．（２）
其中：σ珋为等效应力；犃 为材料的抗拉屈服强度；犅 为材
和 单 元 删 除 方 法 作 为 切 屑 分 离 准 则，利 用 ＡＢＡＱＵＳ 有限元软件，对不同 摩 擦 状 态 下 的 切 削 过 程 进 行 数 值
计 算 和 仿 真 ，并 对 切 削 过 程 中 的 切 削 力 、切 屑 形 状 和 应
力分布进行了分析。
１ 基 本 理 论 与 切 削 模 型 的 建 立 １．１ 基 本 假 设
０ 引 言 切削过程是一个刀具和工件相互作用的复杂工艺
过程，在此过程中涉 及 到 弹 性 形 变、塑 性 形 变、摩 擦 等
因素，切削的质量受 到 诸 如 刀 具 形 状、切 屑 流 动、温 度
分布等因素的影响，利 用 传 统 的 解 析 方 法 很 难 对 切 削 机理进行定性和定量的分析 。 ［１］ 计算机技术的高 速 发
１．２ 摩 擦 模 型 的 建 立 采用剪切－滑移摩擦模型来描述刀具与工件相接
处 面 的 摩 擦 状 态 ，剪 切 应 力 的 计 算 公 式 为 ：
abaqus切削模拟教程课件
3.设置‘热传导率’‘比热’
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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’
3.建‘Section_TOOL’,赋予 材料‘TOOL_M’
• 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
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6
Abaqus零件网格划分
常用操作：
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
GH4169为合金钢，将会
赋予给未撕裂的切屑和工件
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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
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14
Abaqus赋予材料属性
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；
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4
Abaqus建立零件模型
采用单位： N，Pa，m， S，K，J
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5
s建立零件模型
其他零件尺寸如下：
常用操作：
abaqus切削模拟教程
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：
5.点‘热学’‘非弹性热份额’
6.点‘热学’‘比热’，输入参数
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
便于施加载荷和输出切削力
如图
Abaqus赋予材料属性
常用操作：
创建材料，设置材料参数
Abaqus定义分析步与输出
常用操作：
创建分析步 创建场输出
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’
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
Abaqus零件网格划分
1.CHIP网格形状控制：
Abaqus赋予材料属性
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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！
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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.施加约束和载荷
约束和载荷也没什么，和上次讲解差不多，就是限制工件下部和左边的约束，然后给刀具施加一定的速度就行了，同时施加初始温度场，有些人可能最终得不到温度场的变化，有可能是你就没有设置初始温度场，或者你没有设置好产热途径，而且在此注意单位制，如果你的单位制是mm，t，MPa的话，那么你施加的速度将是mm/s，所以要经过换算的，而且如果你的速度感觉特别大，应该采用幅值加载，在前一个讲座中已经讲解非常清楚，在此不再多说了！
7.划分网格
划分网格时注意虽然此处不设置分离线，但是我们在中间一层定义了失效准则，所以对网格划分有一定要求，可以采用标准的结构性网格划分方法，而且从其中的切屑分离位置处
向两边设置梯度种子，这样可以保证分离层处具有足够的网格密度，可以同时兼顾正确性和效率，对刀具可以设置较大的网格吗，这样可以保证运算速度。
8.提交分析计算
这个更简单，只要会用软件的应该都会用这个，然后进行相关的输出就行了！在此，输出一些结果如下所示！。