(完整版)abaqus切削模拟教程
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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
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
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
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
赋予零件截面属性：
1.‘部件’栏点选‘CHIP_MESH’，点
Abaqus定义表面与接触
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_on
2，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。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
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：
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
Abaqus零件网格划分
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
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
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
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：
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
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.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ห้องสมุดไป่ตู้
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
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
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；
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
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
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
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
TOOL_FACE
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
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
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
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
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
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
赋予零件截面属性：
1.‘部件’栏点选‘CHIP_MESH’，点
Abaqus定义表面与接触
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_on
2，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。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
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：
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
Abaqus零件网格划分
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
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
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
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：
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
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.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ห้องสมุดไป่ตู้
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
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
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；
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
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
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
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
TOOL_FACE
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
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