切削仿真中的常見本構(gòu)問題經(jīng)典剖析【轉(zhuǎn)發(fā)】

2017-07-10 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

切削仿真過程由于涉及到高溫、高壓、大變形以及接觸等復(fù)雜的非線性工況,因而存在收斂難、穩(wěn)定差、效率低等特點(diǎn),導(dǎo)致這些情況發(fā)生的最關(guān)鍵因素之一就是材料本構(gòu)復(fù)雜。為了能使大家在切削仿真過程中少走彎路,今天我們就對材料本構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的分析,希望能夠起到拋磚引玉的作用。

材料本構(gòu)顧名思義就是材料本質(zhì)性能的構(gòu)成,包括彈性模量、密度以及熱傳導(dǎo)、熱膨脹和比熱等基本物理參數(shù),把這些參數(shù)通過數(shù)學(xué)公式的形式來體現(xiàn)就是我們通常所說的本構(gòu)方程(也稱本構(gòu)關(guān)系),本構(gòu)關(guān)系反映的是材料的變形與所受應(yīng)力之間的關(guān)系(即應(yīng)力和應(yīng)變之間的關(guān)系),也是材料本身所具有的固有屬性。就切削仿真領(lǐng)域而言,材料本構(gòu)大體可以分為三類:按不同功能可分為幾何本構(gòu)和物理本構(gòu),按材料類別可分為彈塑性材料本構(gòu)和硬脆材料本構(gòu),按基本力學(xué)特性可以分為彈性、塑性和損傷本構(gòu)(以上三者統(tǒng)稱為基本力學(xué)本構(gòu)),下面我們一一進(jìn)行分析。

幾何本構(gòu)是對材料的幾何尺寸、形狀以及結(jié)構(gòu)的描述,大多是針對復(fù)合材料而言的,一般可以通過python語言來完成,以下是常見編織物的幾何、有限元模型以及實(shí)物圖。

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正交編織物的幾何模型

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正交編織物的有限元模型

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Chomarat800s4-F1(玻璃纖維)的幾何模型

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Chomarat800s4-F1(玻璃纖維)的實(shí)物圖

物理本構(gòu)是對材料的力學(xué)、熱學(xué)以及基本物理性能的描述,具體的包括:密度、比熱、熱傳導(dǎo)、熱膨脹、彈性模量以及塑性和損傷參數(shù)等。

彈塑性材料本構(gòu)主要是針對鈦合金、鋁合金以及鋼材等材料而言的,具體包括TC4鈦合金、7075鋁合金、7050鋁合金、6061鋁合金、2024鋁合金以及不銹鋼等材料。

硬脆材料本構(gòu)主要是針對陶瓷、玻璃、藍(lán)寶石等材料而言的,具體包括碳化硅、氮化硅、三氧化二鋁、KDP晶體、藍(lán)寶石、骨胳以及巖石(巖土)等材料。

基本力學(xué)本構(gòu)主要包括彈性本構(gòu)、塑性本構(gòu)和損傷本構(gòu)。彈性本構(gòu)主要指的是彈性模量和泊松比;塑性材料本構(gòu)主要指的是Johnson-Cook硬化本構(gòu),包括A、B、n、m等基礎(chǔ)參數(shù)以及c和參考應(yīng)變率等率相關(guān)參數(shù);損傷參數(shù)主要指的是Johnson-Cook剪切本構(gòu),包括D1-D5等失效參數(shù)以及失效位移或者斷裂能等演化參數(shù)。

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