本构材料参数对切屑形态的影响.pdf

发布时间：2022-05-29 发布人：admin 分类：说明书资料大小：2.39M 资料格式：pdf 举报版权申诉

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领航切削仿真工作室二维正交切削仿真工作室 QQ 群号：219689876 材料本够参数对切屑形态的影响（微小论文）摘要：切削仿真中，材料本够参数对切屑形态有很大的影响。然后，目前关于切屑形态的研究少有报道，因此本工作室利用有限元软件 ABAQUS，采用正交切削数值模拟，以切屑形态作为衡量依据，研究了率相关参数和剪切失效参数对钛合金 Ti6Al4V 切削过程中切屑形态的影响规律，对切削仿真初学者具有一定的借鉴意义。关键词：切屑形态；剪切失效；psilon dot zero；率相关参数 1 材料本构模型材料的本构模型用来描述材料的力学性能，表征材料变形过程中的动态响应，材料本构模型一般表示为流动应力应变、应变率、温度等参数之间的数学函数关系。在实际切削过程中，工件材料常常处在高温、大变形和大应变速率的情况下发生弹塑性应变，因此综合考虑各因素对工件材料硬化应力的影响，应用 Johson-cook 等向强化模型。 2 剪切失效（shear failure）模型剪切失效模型是基于单元积分点的等效塑性应变，当材料失效参数超过 1 时，则假定为材料失效。如果在所有积分点材料都发生失效，则该单元将被从网格中删除。失效参数定义如下：（17）式中： ——等效塑性应变增量； ——失效应变。这里失效应变与无纲量应变率、压应力-偏应力比及无纲量温度 θ 有关：（18）式中： ——失效常参数； ——参考应变率。当切削过程中达到失效准则，偏应力分量被置为零并在随后分析中一直保持为零，如果分析过程选择单元删除（element deletion=yes），则压应力也被设置并一直保持为零；若应用 element deletion=no，则压应力保持数值不变。剪切失效（shear failure）模型适用于金属高应变率变形，因此广泛应用于动态仿真数值模 plfplplplfplfoplfqpdsdqpdddplplf1ln1exp0432151~dd0

领航切削仿真工作室二维正交切削仿真工作室 QQ 群号：219689876 拟。 3 断裂应变对切屑的影响剪切判据判据是一个预测局部剪切带开始破坏的现象学模型。模型假设开始破坏时的等效塑性应变，，是一个关于剪应力比和应变率的函数：其中，是剪应力比，是剪应力的极大值，是材料参数。右图为金属样品典型的轴向应力-应变曲线；在 ABAQUS 的失效机制的详细说明里包括四个明显的部分：材料无损伤阶段的定义（如图 1 中曲线 a-b-c-d’）损伤开始的标准（如图 1 中曲线 c 点）损伤发展演变的规律（如图 1 中曲线 c-d）单元的选择性删除，因为一旦材料的刚度完全减退就会有单元从计算中移除（如图 1 中曲线 d 点）。在保持其他参数不变的情况下，设置 Fracture Strain 由 1 到 10 等间距变化，（如图 1-10 所示）得到如下仿真结果。 plSplpl,Ssmax=q/sskpmaxsk

领航切削仿真工作室二维正交切削仿真工作室 QQ 群号：219689876 由以上结果可以看出，随着 Fracture Strain 的增大，第一个网格破坏所需要的时间也逐渐增大，并且刀具切削到工件里的现象更加明显。所以对于钛合金材料参数 Fracture Strain 一般设置为 2 较为合理。同时对于所有材料来说，如果出现明显的刀具切削到工件里面的现象，可以适当减小参数 Fracture Strain，应该可以起到改善的效果。 4 率相关参数简介 Johson-cook 等向强化模型中的静态屈服应力公式如下：（1）式中： ——等效塑性应变； A、B、n、m——材料常数； ——无纲量温度，定义如下：式中： ——当前温度； ——熔化温度； ——瞬时温度。若考虑到率相关性（rate dependence），则 Johson-cook 硬化准则表示如下：（2）（3）式中： ——非零应变率下屈服应力； ——等效塑性应变率； mnplBA10plmeltmelttransitiontransitiontransitionmelttransition1/0melttransitionmplnplCBA1ln10pl

领航切削仿真工作室二维正交切削仿真工作室 QQ 群号：219689876 、C——材料常数。当材料处于非零应变率下时：等效塑性应变率（4）（Epsilon dot zero）和 C 是需要输入的材料参数（基于温度下测定的）应变强化函数中的参数 C 从(3)可得：（5）即针对特定的应变率，通过选取的应变和对应的应力值，来确定参数 C。取室温下的，并忽略绝热升温，则有： (6) 对于多发实验，通过压杆实验获得不同塑性应变下（如）在应力-对数应变率坐标中的一组曲线，即，采用线性拟合方法获得曲线的斜率，该斜率表示压缩状态下的应变率强化系数；同样通过拉伸和扭转实验得到和之后，将三个参数、和进行平均，即：（7） 011exp0RCpl0transition10/ln11mnpTBACp0np0100/ln1AC2.0,1.0,0pln~compCTensionCTorsionCcompCTensionCTorsionC3/TorsionCompTensionCCCC

领航切削仿真工作室二维正交切削仿真工作室 QQ 群号：219689876 就得到材料 JC 模型的参数 C。 4 率相关参数对切屑形态的影响 a) （Epsilon dot zero）对切削结果影响通过分别设置 0.0001，0.0005，0.001，0.0015，0.002，0.0025，0.01，0.1，1，10， 100 十一组不同的（Epsilon dot zero），得到如下图 1-图 11 所示结果：图 1 （Epsilon dot zero）=0.0001 图 2 （Epsilon dot zero）=0.0005 00

领航切削仿真工作室二维正交切削仿真工作室 QQ 群号：219689876 图 3 （Epsilon dot zero）=0.001 图 4 （Epsilon dot zero）=0.0015

领航切削仿真工作室二维正交切削仿真工作室 QQ 群号：219689876 图 5 （Epsilon dot zero）=0.002 图 6 （Epsilon dot zero）=0.0025 图 7 （Epsilon dot zero）=0.01

领航切削仿真工作室二维正交切削仿真工作室 QQ 群号：219689876 图 8 （Epsilon dot zero）=0.1 图 9 （Epsilon dot zero）=1 图 10 （Epsilon dot zero）=10

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