【正文】 。 用戶自定義子函數(shù)允許用戶定義自己的材料模型、壓力模型、破裂準(zhǔn)則和其他函數(shù)（ DEFORM2D， 3D）。 燒結(jié)體材料模型適用于分析粉末冶金成形（ DEFORMPro, 2D, 3D）。 剛性、彈性和熱粘塑性材料模型，特別適用于大變形成形分析（ DEFORM 所有產(chǎn)品）。 用戶自定義材料數(shù)據(jù)庫(kù)允許用戶自行輸入材料數(shù)據(jù)庫(kù)中沒(méi)有的材料（ DEFORM 所有產(chǎn)品）。 DEFORM 功能 1. 成形分析 冷、溫、熱鍛的成形和熱傳導(dǎo)耦合分析（ DEFORM 所有產(chǎn)品）?？梢苑治銎矫鎽?yīng)變和軸對(duì)稱(chēng)等二維模型。 有限元模擬技術(shù)切削加工畢業(yè)論文 13 第三章 .難加工材料正交切削有限元模型建立 利用 deform軟件建立有限元模型。同時(shí)等效應(yīng)力增量也非常小，有時(shí)小于計(jì)算誤差的范圍。所以，針對(duì)兩種狀態(tài)下的求解過(guò)程就有很大的不同。在卸載中， 有 時(shí)個(gè)別單元可能瞬間處于加載狀態(tài)， 需要對(duì)單元處于加載還是卸載狀態(tài)進(jìn)行判斷。逐次卸載可以看作是每次施加一個(gè)一△ {P}的載荷， 直到載荷全部釋放完。在重復(fù)切削過(guò)程中，影響層的切削會(huì)引起切削力或剪切角的改變。機(jī)械加工件的質(zhì)量將會(huì)在此基礎(chǔ)上得到提高。另外， 表層內(nèi)的殘余拉應(yīng)力降低了工件的疲勞強(qiáng)度。 有限元模擬技術(shù)切削加工畢業(yè)論文 12 （ a） (b) 圖 7 切削斷裂時(shí)的模擬結(jié)果 切削加工工件表面層的力學(xué)狀態(tài)，例如殘余應(yīng)力和殘余應(yīng)變等，影響著工件的質(zhì)量。在極限應(yīng)力曲線下應(yīng)力一應(yīng)變的曲線面積被設(shè)定為材料的臨界應(yīng)變能密度值 (aw／ av) 。工件材料的能量臨界值是一個(gè)材料常數(shù)，它代表著工件材料的能量吸收能力。從這些變形的點(diǎn)上積累的應(yīng)變能密度值 (aw／ d )能夠被計(jì)算和檢查。當(dāng)?shù)毒呤紫惹腥牍ぜr(shí)，工件中各個(gè)單元之間存儲(chǔ)的單位體積能量都是不同的。對(duì)于物件內(nèi)的一些單元，應(yīng)變能密度能夠通過(guò)下式來(lái)獲得： （ ） 在有限元模擬中假定切削刃溜一直線行走，僅對(duì)那些與切削刃相交的點(diǎn)進(jìn)行是否破壞的判斷。它的主要 原理如下：連續(xù)介質(zhì)力學(xué)假定工件系統(tǒng)能夠劃分為有限數(shù)量的單元， 而且這些單元在一 個(gè)連續(xù)狀態(tài)下進(jìn)行聯(lián)接。這樣，臨界值就很少受到切削條件的影響，而成為材料斷裂分離的一種屬性了。只通過(guò)等效塑性應(yīng)變值來(lái)判斷是否發(fā)生斷裂分離 是不可靠的， 因?yàn)楫?dāng)切削條件變化時(shí)，例如切削速度、刀具前角和切削深度等變化后，等效塑性應(yīng)變的值也會(huì)發(fā)生很大的變化，要想得到一個(gè) 不隨 有限元模擬技術(shù)切削加工畢業(yè)論文 11 切削條件變化或變化很小的 I 臨界值，必須使等效塑性應(yīng)變值和其它力學(xué)量進(jìn)行耦臺(tái)。 圖 6 工 件刀具的有限元網(wǎng)格物理準(zhǔn)則是由 1wata， Osakada 和 Terasaka 等人提出來(lái)的，他們首先建立了考慮應(yīng)力歷史的韌性斷裂準(zhǔn)則，并將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果傲了對(duì)比，證明是很有效的。但在模擬時(shí)，卻不能將 D 值設(shè)為零，這就與實(shí)際情況有一定的差距， D 值的選擇也往往會(huì)影響模擬計(jì)算的收斂性，需要有一定的經(jīng)驗(yàn)才能選擇合適的臨界值。 圖 5 幾何分離準(zhǔn)則模型 幾何準(zhǔn)則的優(yōu)點(diǎn)是比較簡(jiǎn)單的，判斷起來(lái)容易。 ShihJ 等人在切削模擬中采用了幾何分離準(zhǔn)則發(fā)現(xiàn)，它是一種很穩(wěn)定的準(zhǔn)則。在圖 5 中，工件的切屑層和工件層之間預(yù)先設(shè)定了一個(gè)分離線，在分離線上的切屑和工件的點(diǎn)重合。幾何準(zhǔn)則主要通過(guò)變形體的幾何尺寸的變化來(lái)判斷分離與否。另外，一個(gè)好的分離準(zhǔn)則的臨界值在切削材料確定后，不應(yīng)該隨著切削條件的變化而變化。所以還要有相應(yīng)的斷裂準(zhǔn)則來(lái)模擬切屑材料的斷裂。這種方式的有限元模擬需要有一定的分離準(zhǔn)則使得切屑從工件中產(chǎn)生分離。切削加工的有限元模擬可以分為兩種形式， 即更新的 Lagrange 形式和 Euler 形式。由于產(chǎn)生的塑性變形，切削的硬度高于工件材料的兩倍．這個(gè)硬度變化可能引起摩擦系數(shù)的變化。但是，摩擦系數(shù)是很難獲得的，因?yàn)?，滑?dòng)區(qū)的摩擦條件是與傳統(tǒng)的摩擦實(shí)驗(yàn)不同的?？梢杂孟率絹?lái)表示： 有限元模擬技術(shù)切削加工畢業(yè)論文 9 （ ） 上述的摩 擦模型在大部分有限元模擬切削工藝中得到應(yīng)用。在粘著區(qū)，正應(yīng)力是很高的，摩擦應(yīng)力近似是 — 個(gè)常數(shù)。也就是說(shuō)，在前刀面上有兩個(gè)明顯的分區(qū)：滑動(dòng)區(qū)和粘著區(qū)。 (2)熱交換，下面公式中的熱傳遞是發(fā)生在工件和空氣以及工具和空氣之間，即 （ ） 由于摩擦 力與切屑的形成和刀具的運(yùn)動(dòng)密切相關(guān)， 所以在建立切削模型時(shí)， 切屑刀具接觸現(xiàn)象是應(yīng)考慮的主要因素。 有限元模擬技術(shù)切削加工畢業(yè)論文 8 （ ） 由 于用于機(jī)械加工的材料在高溫狀態(tài)下經(jīng)常是對(duì)速度敏感的，所以需要考慮兩種因素，一個(gè)是材料的速度敏感性影響，另一個(gè)是金屬流動(dòng)和熱傳遞分析的耦合影響。在此基礎(chǔ)上，導(dǎo)出熱彈塑性大變形耦臺(tái)方程 (式 ())。 為了耦合熱載荷和機(jī)械載荷的相互影響，可以利用 Prandtl— Reuss 流動(dòng)法則和 Von Mises 屈服準(zhǔn)則 [3]同時(shí)將材料考慮為具有各向同性的應(yīng)變硬化性質(zhì)，來(lái)導(dǎo)出熱彈塑性熱力耦合本構(gòu)方程，包括應(yīng)變、應(yīng)變速率、和溫度。 在金屬切削工藝中，工件的塑性變形和切屑一刀具界面的摩擦是兩個(gè)主要的熱源。因?yàn)榍邢骷庸ど婕暗搅伺c高溫、高應(yīng)變速率耦合的大變形和斷裂問(wèn)題， 有限元分析也應(yīng)該建立在與溫度耦合的塑性變形理論基礎(chǔ)上。 ． 有限元模擬技術(shù)切削加工畢業(yè)論文 7 圖 3 切削力隨刀具行程的變化曲線 有高溫、高速成形的特點(diǎn)。通過(guò)切屑形成過(guò)程的模擬，可以得到切削加工中的切削力的變化曲線 (圖 3)。可以一個(gè)絕對(duì)的穿透距離來(lái)作為標(biāo)準(zhǔn)，也可用刀具穿透深度與被 穿透單元長(zhǎng)度的比值作為標(biāo)準(zhǔn)， 目前應(yīng)用比較普遍的是以刀具穿透材料區(qū)的面積 (體積 )與被穿透材料單元的整個(gè)體積的比值作為標(biāo)準(zhǔn)。隨著刀具的進(jìn)給，正在被加工的部分應(yīng)該實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格細(xì)劃，而沒(méi)有加工的部分和加工過(guò)的部分， 網(wǎng)格應(yīng)該粗劃， 這樣既 解決了局部變形的精確求解， 又節(jié)省了求解時(shí)間以及內(nèi)存的消耗。網(wǎng)格產(chǎn)生畸變的另一后果就是模 具會(huì)嵌入到材料內(nèi)部 (圖 2)，與實(shí)際情況不符， 使求解無(wú)法進(jìn)行。這種模擬過(guò)程是一 種典型的高梯度問(wèn)題，在局部區(qū)域內(nèi)材料產(chǎn)生高溫、大變形， 需要有自適應(yīng)的網(wǎng)格重劃技術(shù)．在圖中可以看出，切屑的塑性變形是很大的， 隨著變形的加劇，材料初始網(wǎng)格會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的畸變，這種網(wǎng)格的畸變會(huì)對(duì)求解產(chǎn)生影響。 金屬切削工藝是一個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程，它涉及到許多方面，例如機(jī)床、工件、刀具、夾具、冷卻液、動(dòng)態(tài)效應(yīng)等等，而且這些因素都是相關(guān)的 在上述各 種影響切削質(zhì)量的因素中，切屑的形成是很重要的因素， 因?yàn)樵谇邢鬟^(guò)程中，切屑的形成對(duì)刀具的壽命、加工表面的質(zhì)量影響很大。當(dāng)工件的尺寸、所用單元個(gè)數(shù)等條件相同時(shí)， 彈塑性有限元和剛塑性有限元的應(yīng)力、應(yīng)變分析結(jié)果幾乎相同。 本論文研究的主要內(nèi)容 本論文的研究?jī)?nèi)容為 以 AISI1006， COLD[70F(20C)]不銹鋼為研究對(duì)象，采用數(shù)值模擬技術(shù) ， 建立正交切削有限元模型，研究建模過(guò)程中切屑形成、刀具和工件表面溫度分布、切削力；利用建立的有限元模型分析切削速度、刀具角度、冷卻潤(rùn)滑等參數(shù)對(duì)難加工材料切削過(guò)程的影響。 切削加工中刀具的磨損和受力、加工中振顫引起的刀跳、工具形狀不合適引起的崩刀等現(xiàn)象的模擬也會(huì)成為今后切削加工技術(shù)模擬的一個(gè)方向。工件切削加工中的毛刺形成和消除的模擬技術(shù)還不成熟， 因?yàn)樗婕暗囊蛩剌^多， 對(duì)成形工件的表面質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。 相對(duì)于切屑的形成，對(duì)于成形工件加工質(zhì)量的研究較少，今后將會(huì)成為重點(diǎn)的研究方向。關(guān)于這一點(diǎn)，在今后的切削模擬中還應(yīng)加強(qiáng)。所以，為了揭示實(shí)際切削機(jī)理，對(duì)切削加工進(jìn)行三維模擬是很有必要的，目前的太多數(shù)研究斗都停留在二維模擬上， 隨著計(jì)算機(jī)硬件性能的提高， 切削工藝的三維模擬將是今后發(fā)展的主要方向。 在實(shí)際切削過(guò)程中，例如車(chē)削、磨削和鉆削等，切削是在三維變形域內(nèi)進(jìn)行的；例如，工件和刀刃具有三維的幾何形狀，工件材料和刀具的相對(duì)移動(dòng)也不總是正交的，另外，一些工件材料也是各向異性的， 由于這些因素，切削是在三維狀態(tài) 下成形的，然后獲得具有三維幾何形狀的產(chǎn)品。 論文的研究背景與意義 金屬切削工藝是制造業(yè)中的關(guān)鍵技術(shù)，隨著電子、光學(xué)、微細(xì)產(chǎn)品的不斷發(fā)展，在生產(chǎn)率和加工精度方面對(duì)切削工藝提出了更高的要求。 20世紀(jì) 60年代初首次提出結(jié)構(gòu)力學(xué)計(jì)算有限元概念的克拉夫（ Clough）教授形象地將其描繪為： “ 有限元法 =Rayleigh Ritz 法＋分片函數(shù) ”，即有限元法是 Rayleigh Ritz 法的一種局部化情