一种基于ABAQUS的颗粒增强钛基复合材料车削过程仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种基于ABAQUS的颗粒增强钛基复合材料切削过程仿真方法，包括建立钛基复合材料切削过程的仿真模型，将经过处理的仿真模型提交至ABAQUS仿真软件的求解器中进行求解运算，得到运算结果，在ABAQUS仿真软件的后处理模块中查看切削力、应力

【技术实现步骤摘要】
一种基于ABAQUS的颗粒增强钛基复合材料车削过程仿真方法


[0001]本专利技术涉及机械加工领域，具体是一种基于ABAQUS的颗粒增强钛基复合材料车削过程仿真方法。

技术介绍

[0002]钛基复合材料是以钛合金为基体，在其中添加碳化钛、硼化钛、氧化铝、氮化铝等晶须、颗粒或者连续纤维增强相的金属基复合材料。与钛合金基体相比，钛基复合材料具有质量轻、比强度高、抗氧化性好、耐高温、耐磨、抗蠕变、抗辐射等突出优点。相比于传统钛合金，钛基复合材料能够满足复杂环境下的特殊要求，在航空航天、电子信息、半导体照明和交通运输等领域具有极高的发展前景。
[0003]钛基复合材料是一种典型的难加工材料，其基体中的增强相具有超高的硬度、强度以及良好的高温性能。在切削加工时，增强颗粒会对刀具产生严重的犁耕、刻划等作用，降低刀具的使用寿命，影响基体表面的加工质量，导致加工成本高昂。因此，实现钛基复合材料的高效、高质量加工成为此类金属基复合材料应用的关键。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是针对现有的技术缺陷，提供了一种基于ABAQUS的颗粒增强钛基复合材料切削过程仿真方法，通过仿真的研究方法，有效弥补车削实验本身的缺陷，有限元仿真不仅可以直观、形象地呈现车削过程中刀具和颗粒增强钛基复合材料接触的界面特征，而且能够实时、方便地获取车削过程中的切削力，可以预测整个切削加工过程，对颗粒增强钛基复合材料车削过程的切削工艺参数优化、装备开发以及专用刀具硏究都具有重要意义。
[0005]技术方案：一种基于ABAQUS的颗粒增强钛基复合材料切削过程仿真方法，包括如下步骤：
[0006]步骤S1、建立颗粒增强钛基复合材料切削过程的仿真模型：所述仿真模型包括刀具模型和颗粒增强钛基复合材料模型，所述颗粒增强钛基复合材料模型包括基体模型和增强相颗粒模型；
[0007]步骤S2、通过ABAQUS仿真软件分别对建立的刀具模型、基体模型和颗粒模型定义材料属性；
[0008]步骤S3、通过ABAQUS仿真软件分别对建立的刀具模型、基体模型和颗粒模型进行网格划分；
[0009]步骤S4、对划分好网格的基体模型、颗粒模型及刀具模型进行装配、定位；
[0010]步骤S5、设置基体模型和颗粒模型之间的约束以及基体模型和刀具模型之间的约束；
[0011]步骤S6、根据切削运动特征创建分析步以及输出变量；
[0012]步骤S7、根据刀具模型相对基体模型的运动特性设置边界条件和施加载荷；
[0013]步骤S8、将通过步骤S1
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S7处理的颗粒增强钛基复合材料切削过程的仿真模型提交至ABAQUS仿真软件的求解器中进行求解运算，得到运算结果。
[0014]进一步的，所述步骤S8后还包括：
[0015]步骤S9、将得到的运算结果与实际结果进行比较，若仿真不收敛，则重新执行步骤S1
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步骤S8；若仿真大于差异阀值，则重新执行步骤S4
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步骤S8。
[0016]进一步的，所述步骤S5具体内容为：
[0017]将颗粒增强钛基复合材料模型中的基体模型与颗粒模型进行绑定，将绑定好的颗粒增强钛基复合材料模型根据基体模型和刀具模型之间的接触状态定义基体模型和刀具模型之间的摩擦及约朿。
[0018]进一步的，所述步骤S6包括：
[0019]步骤S61.对基体模型施加全约束的边界条件；
[0020]步骤S62.控制刀具模型的运动，在刀具模型的x轴方向施加速度约束，并在历史变量中定义车削过程中的切削力；在场变量中定义位移、速度、加速度、应力、应变。
[0021]进一步的，所述步骤S2中对基体模型和刀具模型定义材料属性是通过ABAQUS仿真软件中的Property模块定义的。
[0022]进一步的额，所述步骤S4中，将基体模型和颗粒模型装配成工件形状的颗粒增强钛基复合材料模型是通过ABAQUS仿真软件中的Assembly模块装配的；
[0023]所述步骤S5中，将基体模型与颗粒模型之间进行约束是通过ABAQUS仿真软件中的Interaction模块绑定的。
[0024]进一步的，所述步骤S3中将刀具模型和基体模型相接触的区域采用细网格而距离偏远的区域采用粗网格。
[0025]有益效果：
[0026]1)现有技术中，车削颗粒增强钛基复合材料时，切削参数对切削效果有很大的影响；切削参数不同，切削过程中产生的切削力、材料的破损等都会发生变化，在进行颗粒增强钛基复合材料车削研究时，实验复杂、繁琐且成本高；
[0027]本专利技术的本专利技术的仿真方法不同于实验的复杂、繁琐，操作简单，只需在软件中改变数值重新计算，计算结果准确性高，而且该软件使用方便，易掌握。进而可以减少真实车削颗粒增强钛基复合材料的实验次数，节省时间及成本，快速、准确的获取切削过程中的切削力及材料的微观破损形貌等，为工艺参数的选择提供一份简便的方法，加快加工工艺的优化进程；
[0028]2)本专利技术使用ABAQUS有限元分析软件，以刀具实际车削颗增强钛基复合材料为依据，对颗增强钛基复合材料车削过程进行仿真模拟，仿真结果形象、直观、准确、可信度高，可以得到实验中较难得到的数据，而且可以对整个加工过程进行预测，也对实践有很高的指导价值。
[0029]3)本专利技术的方法是可以推广到其他复合材料中的，而且也可以使用其他仿真软件按照相似的方法对这些材料进行有限元分析。
附图说明
[0030]图1为本专利技术仿真方法的流程图；
[0031]图2为本专利技术刀具模型和颗增强钛基复合材料仿真模型示意图；
[0032]图3为本专利技术对刀具和颗增强钛基复合材料赋予材料属性、网格划分、装配、约束、设置边界条件后的仿真模型示意图；
[0033]图中标号：1、基体模型；2、颗粒模型；3、刀具模型。
具体实施方式
[0034]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0035]本专利技术的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种基于ABAQUS的颗增强钛基复合材料车削过程仿真方法。
[0036]本实施例提供一种基于ABAQUS的颗增强钛基复合材料车削过程仿真方法，如图1所示，包括步骤：
[0037]步骤S1、建立颗增强钛基复合材料车削过程的仿真模型；其中，所述仿真模型包括增强钛基复合材料基体模型、增强相颗粒模型和刀具模型；
[0038]步骤S2、通过ABAQUS仿真软件分别对建立的基体模型、颗粒模型和刀具模型定义材料属性；
[0039]步骤S3、通过ABAQUS仿真软件分别对建本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于ABAQUS的颗粒增强钛基复合材料切削过程仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1、建立颗粒增强钛基复合材料切削过程的仿真模型：所述仿真模型包括刀具模型和颗粒增强钛基复合材料模型，所述颗粒增强钛基复合材料模型包括基体模型和增强相颗粒模型；步骤S2、通过ABAQUS仿真软件分别对建立的刀具模型、基体模型和颗粒模型定义材料属性；步骤S3、通过ABAQUS仿真软件分别对建立的刀具模型、基体模型和颗粒模型进行网格划分；步骤S4、对划分好网格的基体模型、颗粒模型及刀具模型进行装配、定位；步骤S5、设置基体模型和颗粒模型之间的约束以及基体模型和刀具模型之间的约束；步骤S6、根据切削运动特征创建分析步以及输出变量；步骤S7、根据刀具模型相对基体模型的运动特性设置边界条件和施加载荷；步骤S8、将通过步骤S1
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S7处理的颗粒增强钛基复合材料切削过程的仿真模型提交至ABAQUS仿真软件的求解器中进行求解运算，得到运算结果。2.根据权利要求1所述的基于ABAQUS的颗粒增强钛基复合材料切削过程仿真方法，其特征在于，所述步骤S8后还包括：步骤S9、将得到的运算结果与实际结果进行比较，若仿真不收敛，则重新执行步骤S1
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步骤S8；若仿真大于差异阀值，则重新执行步骤S4
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步骤S8。3.根据权利要求1所述的基于ABAQUS的颗粒增强钛基复合材料切削过程仿真方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：宦海祥，濮建飞，霍福松，张可，徐文强，叶香晨，赵正彩，
申请(专利权)人：盐城工学院，
类型：发明
国别省市：