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《基于ALE方法的金属切削三维动态数值模拟_吴加荣.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、2008年第42卷№641基于ALE方法的金属切削三维动态数值模拟11,2吴加荣徐佳奇12上海三菱电梯有限公司上海交通大学摘要:基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法,建立了金属切削的有限元模型,并对金属切削过程进行了三维动态模拟。ALE方法克服了模型中网格大变形问题,准确地模拟了工件材料受刀具挤压后失效、脱离过程,客观地描述了工件材料失效面的产生过程。通过对不同进给量下切削过程的模拟,得到了进给量与刀具主切削力之间的关系。通过与经验公式对比,验证了数值模型、模拟方法的正确性。关键词:金属切削,ALE,数值模拟DynamicNumeri
2、calSimulationofMetalCuttingProcesswithThreeDimensionalALEMethodWuJiarongXuJiaqiAbstract:BasedonArbitraryLagrangian-Eulerian(ALE)method,ametalcuttingFEMmodelwasestablished.Afterwards,themetalcuttingprocesswasdynamicallysimulatedwiththreedimensionalfiniteelementmethod.ALE
3、methodshowedpromiseinovercomingseveremeshdistortion,besides,materialfailureinchipformationprocesswasaccuratelysimulated.Thewholefailuresurfacewasobjectivelygeneratedwithoutanypredefinedseparationcriteria.Thesimulationresultswasverifiedbycomparingtherelationshipbetweenfe
4、edandmaincuttingforceobtainedinsimulationwithempiricalequation.Keywords:metalcutting,ALE,numericalsimulation工件材料失效、破坏面的形成过程。基于该三维数1引言值模型,研究了工件材料切削后产生的整体应力、应金属切削过程从力学的角度来看,其包含了材料变分布关系以及进给量与主切削力之间关系,为金的弹塑性变化,金属材料被切削的断裂力学行为,刀属加工过程提供理论方法参考。具与材料之间相互接触摩擦行为,及由于摩擦生热的2原理与方法热力学行为
5、等。计算机技术的发展,使得有限元方法[1][7]成为研究金属切削过程的有利工具。文献[2～5]任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法是一种基于采用了二维lagrangian有限元方法对金属切削进行了Lagrangian法与Eulerian法各自优点的混合方法。尤模拟研究。实际上,lagrangian方法本身存在不能解决其适合解决材料大变形引起的网格畸变问题,材料网格大变形的问题,同时金属材料的分离也只能通过移动边界的处理及相互作用问题。近年来,该方法定义几何及物理分离准则来进行判断。几何及物理在固体大变形、破坏,液体晃动,流固耦合等领域得分
6、离准则本身就具有很大的主观性,同时在数值模拟到了越来越多的研究及应用。ALE方法不同于La-过程中,基于切削分离准则的预定分离路径本身随着grangian方法在于其网格节点与物质材料之间是分材料的变形而发生偏移,并不反映实际加工中的切削离的,并不随着材料的运动而运动;而相对于Euleri-[6]分离路径。为解决这一矛盾,USAMA引入二维ALEan方法,ALE方法其网格并不在空间固定不变,相方法对高速正交切削过程进行了模拟,对ALE方法反网格具有独立变化运动特性。如图1所示的是基的可行性进行了探讨。然而实际金属切削产生的是于ALE描述
7、的物质域、空间域、参考域(网格域)之一个三维的应力场,准确的数值模拟要求对真实加工间的拓扑关系图。过程建立全三维数值模型。本文基于三维ALE方法,建立了金属切削过程的三维有限元模型。探讨了该有限元模型中ALE网格、Lagrangian网格的建模思路。实现了对金属加工过程的三维动态的非线性数值模拟,准确描述了图1映射关系图收稿日期:2007年11月42工具技术图1反映的是基于ALE描述的物质、网格、空中金属材料所表现的力学性能选择最佳的材料模间这三者之间的运动控制关系。即在时间t时刻,型。从数值分析稳定性角度来看,材料模型的选择物质运动
8、可描述为应尽可能的简单;从数值模拟精度来看,材料模型应x=Χ(X,t)(1)尽可能地表现金属的力学性能,如应变率、温度等对其中X为物质坐标。函数Χ(X,t)将物体从材料失效的影响。因此,采用Krieg提出的考虑材料物质域
