多晶材料切削的晶体塑性有限元仿真
多晶材料切削的晶体塑性有限元仿真
- 简单说明
- 晶体塑性本构模型
- 仿真模型
- 仿真结果
- 结论
简单说明
多晶材料由多个晶粒构成,一般晶粒尺寸在微米量级。
精密、超精密车削过程中,切削深度也在微米甚至亚微米量级。
在相同的尺度下,材料的微观性能对切削过程的影响尤为显著。
常规有限元中,通常将材料设置为各向同性,忽略材料微观结构的影响,无法描述材料在微观切削过程中的各向异性。
因而,可以利用基于晶体位错滑移演化的晶体塑性理论,来描述多晶材料在切削过程中的微观力学行为。
晶体塑性本构模型
采用基于运动学理论的晶体学本构方程。
假定塑性变形通过晶体位错滑移和扩散变形来实现, 滑移系分解切应力为滑移驱动力。
这里不做详细介绍。
晶体学本构方程利用Fortran语言,撰写用户子程序umat。
仿真模型
在ABAQUS中建立多晶切削的仿真模型,包括多晶材料工件以及解析刚体的刀具。
工件利用所建立的umat进行材料属性的设置,不同的晶粒设置不同的欧拉角。
仿真结果
Mises应力分布:
切削力变化曲线:
结论
利用晶体塑性有限元,可以进行多晶材料切削的仿真,从而表征与取向相关的切削各向异性。
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