切削仿真中的常见本构问题经典剖析【转发】

2017-07-10 by:CAE仿真在线来源:互联网

切削仿真过程由于涉及到高温、高压、大变形以及接触等复杂的非线性工况,因而存在收敛难、稳定差、效率低等特点,导致这些情况发生的最关键因素之一就是材料本构复杂。为了能使大家在切削仿真过程中少走弯路,今天我们就对材料本构进行详细的分析,希望能够起到抛砖引玉的作用。

材料本构顾名思义就是材料本质性能的构成,包括弹性模量、密度以及热传导、热膨胀和比热等基本物理参数,把这些参数通过数学公式的形式来体现就是我们通常所说的本构方程(也称本构关系),本构关系反映的是材料的变形与所受应力之间的关系(即应力和应变之间的关系),也是材料本身所具有的固有属性。就切削仿真领域而言,材料本构大体可以分为三类:按不同功能可分为几何本构和物理本构,按材料类别可分为弹塑性材料本构和硬脆材料本构,按基本力学特性可以分为弹性、塑性和损伤本构(以上三者统称为基本力学本构),下面我们一一进行分析。

几何本构是对材料的几何尺寸、形状以及结构的描述,大多是针对复合材料而言的,一般可以通过python语言来完成,以下是常见编织物的几何、有限元模型以及实物图。

正交编织物的几何模型

正交编织物的有限元模型

Chomarat800s4-F1(玻璃纤维)的几何模型

Chomarat800s4-F1(玻璃纤维)的实物图

物理本构是对材料的力学、热学以及基本物理性能的描述,具体的包括:密度、比热、热传导、热膨胀、弹性模量以及塑性和损伤参数等。

弹塑性材料本构主要是针对钛合金、铝合金以及钢材等材料而言的,具体包括TC4钛合金、7075铝合金、7050铝合金、6061铝合金、2024铝合金以及不锈钢等材料。

硬脆材料本构主要是针对陶瓷、玻璃、蓝宝石等材料而言的,具体包括碳化硅、氮化硅、三氧化二铝、KDP晶体、蓝宝石、骨胳以及岩石(岩土)等材料。

基本力学本构主要包括弹性本构、塑性本构和损伤本构。弹性本构主要指的是弹性模量和泊松比;塑性材料本构主要指的是Johnson-Cook硬化本构,包括A、B、n、m等基础参数以及c和参考应变率等率相关参数;损伤参数主要指的是Johnson-Cook剪切本构,包括D1-D5等失效参数以及失效位移或者断裂能等演化参数。

转自公众号: 高校切削仿真科研平台

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