铝合金切削加工有限元模拟ppt课件

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论1.文铝主合要金内A3容57切削加工有限元模型
1.1.2 材料失效准则
•pl
p f
l
=
d1d2expd3
qp1d4ln•o
1d5
式中： — 为低于转变温度的条件下测得的实效常数。 为 参考应变率， 为塑性应变率。 由下式确定：
(
0
for
p transition
transiton)/(melt transition)for transition melt
时的等效塑性应变
p l 依赖于单元的特征长度，不能作为描述材
0
料损伤演化的准则。相反，材料损伤演化的准则又等效塑性位移u p l
或者断裂耗散能量 G
决定。
f
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论1.文铝主合要金内A3容57切削加工有限元模型
1.1.2 材料失效准则
当材料开始损伤破坏时，应力应变曲线已经不能准确的描述材料
的行为。继续应用该应力应变曲线会导致应变集中，变化过于依赖建 模时所画的网格，以致当网格变密后耗散能量反而降低。Hillerborg能 量失效法被提出用应力位移响应曲线来表征破坏过程减少了分析对网 格的依赖性。利用脆性断裂概念定义一个使单元破坏的能量Gf作为材 料的参数。通过这种方法，损伤开始的软化效应是一种应力位移响应 而不是应力应变响应。破坏能量有下式表示：
度为积分点区域体积的立方根。
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论1.文铝主合要金内A3容57切削加工有限元模型
1.1.2 材料失效准则
基于有效塑性位移定义损伤演化用Linear方法定义即如下图所示：
该准则使有效塑性位移达到u
pl
=u
pl f
时，材料的刚度完全丧失，模
型的失效网格被自动删除，也就是材料此时发生断裂，切屑开始形成。
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论2.文修主正要机内构容设计
2.3机构理论分析
扭簧的工作转矩为：
空气阻力矩为：
M1 36E617dD 142n0
M214SL2CxWsin2
阻尼片的转动角速度：
从而有：
J
d
dt
M1
M2
d2dM1M2
dt2 dt
J
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论2.文修主正要机内构容设计
设y1=φ，y2=dφ/dt，则可得微分状态方程：
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论1.文铝主合要金内A3容57切削加工有限元模型
1.1.2 材料失效准则
实现切屑从工件分离，本文采用的是剪切失效模型。剪切 失效模型是基于等效塑性应变在积分点的值，当损伤参数达到 1时，单元即失效，失效参数定义如下：
pl
pl
0
pl
f
式中： 为失效参数， 为等效塑性应变初始值， 为等效塑 性应变增量， 为失效应变。失效应变 设定以来于以下几个方 面：依据塑性应变率，无量纲压应力与偏应力之比p/q(p为压应 力，q为Mises应力),温度，预定义域变量。这里采用 Johnson—Cook模型定义失效应变。
y1 y2
y2
M1M2 J
634ED 1d21n4 (0
y1)3Sv24CmxwLsin2
y1
y1(0)0,y2(0)0
100
350
90 300
80
70
250
60
200
50
40
150
30
100
20
50 10
0
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
时间（s）
0
0
0.01
0.02
0.03
0.04
0.05
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论1.文铝主合要金内A3容57切削加工有限元模型
1.1.1 A357的Johnson-Cook本构模型 在切削过程中，工件在高温、大应变下发生弹塑性变形，
被切削材料在刀具的作用下变成切屑时的时间很短，而且被切 削层中各处的应变、应变速率和温度并不均匀分布且梯度变化 很大。因此能反映出应变、应变速率、温度对材料的流动应力 影响的本构方程，在切削仿真中极其关键。当前常用的塑性材 料本构模型主要有：Bodner-Paton、Follansbee-Kocks、 Johns式on中-C第o一o项k、描述Ze了r材rill料i-A的r应m变st强ro化ng效等应模，型第二，项而反只映有了J流o动hn应sonCo力o随k模对型数应描变述速材率料增高加的应关变系速，率第下三项热反粘映塑了性流变动应形力行随为温。度升高
cmin（n，s）
式中： c 为接触面的滑动剪切应力； 为摩擦系数； n 为接 触面上的压力； s 为材料的临界屈服压力。
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论1.文铝主合要金内A3容57切削加工有限元模型
1.2.1 质量放大
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论1.文研主究要意内义容
修正引信
修正模块微型化技术限制； 零件加工难度大； 阻力环面积小，弹道修正能力受限制
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论1.文铝主合要金内A3容57切削加工有限元模型
刀具的儿何参数；
影
假
响 装夹条件；
设
因 素
切削参；
条 件
切削路径
刀具是刚体且锋利，只考虑刀具的温度传导; 忽略加工过程中，由于温度变化引起的金相组 织及其它的化学变化;
被加工对象的材料是各向同性的；
不考虑刀具、工件的振动； 由于刀具和工件的切削厚度方向上，切削工程 中层厚不变，所以按平面应变来模拟；
时间（s）
张开角度（ °） 转动角速度（ rad/s ）
张开角度随时间变化
转动角速度随时间变化
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论2.文修主正要机内构容设计
2.4样机收星试验
修正机构样机及控制元件
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
样机收星试验过程
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论3.文流主场要数内值容模拟分析
3.1计算模型
修正前弹丸表面网格
修正后弹丸表面网格
刀具使用的是硬质合金，密度ρ=15000Kg/m3,弹性模量E=210GP，泊松 比μ=0.22其其它参数如下表：
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论1.文铝主合要金内A3容57切削加工有限元模型
1.2 摩擦模型
金属切削过程中，刀具前刀面的摩擦状态非常复杂，通常 把前刀面得摩擦区分为粘结区和滑动区，粘结区的摩擦状态与 材料的临界剪应力有关，滑动区可近似认为摩擦系数为常值可 以用下式来表示：
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论1.文铝主合要金内A3容57切削加工有限元模型
1.1材料模型
1.1.1 A357的Johnson-Cook本构模型
材料本构模型用来描述材料的力学性质，表征材料变形过程中的动 态响应。在材料微观组织结构一定的情况下，流动应力受到变形程度、 变形速度、及变形温度等因素的影响非常显著。这些因素的任何变化都 会引起流动应力较大的变动。因此材料本构模型一般表示为流动应力与 应变、应变率、温度等变形参数之间的数学函数关系。建立材料本构模 型，无论是在制定合理的加工工艺方面，还是在金属塑性变形理论的研 究方面都是极其重要的。在以塑性有限元为代表的现代塑性加工力学中 ，材料的流动应力作为输入时的重要参数，其精确度也是提高理论分析 可靠度的关键。在本课题研究中，材料本构模型是切削加工数值模拟的 必要前提，是预测零件铣削加工变形的重要基础，只有建立了大变形情 况下随应变率和温度变化的应力应变关系，才能够准确描述材料在切削 加工过程的塑性变形规律，继而才能在确定的边界条件和切削载荷下预 测零件的变形大小及趋势。
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论1.文铝主合要金内A3容57切削加工有限元模型
1.1.2 材料失效准则
实现切屑从工件分离，本文采用的是剪切失效模型。剪切 失效模型是基于等效塑性应变在积分点的值，当损伤参数达到 1时，单元即失效，失效参数定义如下：
pl
pl
0
pl
f
式中： 为失效参数， 为等效塑性应变初始值， 为等效塑 性应变增量， 为失效应变。失效应变 设定以来于以下几个方 面：依据塑性应变率，无量纲压应力与偏应力之比p/q(p为压应 力，q为Mises应力),温度，预定义域变量。这里采用 Johnson—Cook模型定义失效应变。
M=0.9速度等值线云图
M=0.9压力等值线云图
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ห้องสมุดไป่ตู้
论3.文流主场要数内值容模拟分析
M=1.2速度等值线云图
M=1.2压力等值线云图 .19.
论4.文一主维要弹内道容仿真分析
4.1迫击炮弹弹道分析
迫弹外弹道模型：
dv
dt
S m
v2 2
C x(M a)
g
sin
d
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论1.文铝主合要金内A3容57切削加工有限元模型
1.1.3 A357与刀具材料参数
A357铝合金，密度ρ=2680Kg/m3,弹性模量E=79GP，泊松比 μ=0.33其他参数如下表：
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论1.文铝主合要金内A3容57切削加工有限元模型
1.1.3 A357与刀具材料参数
A357铝合金，密度ρ=2680Kg/m3,弹性模量E=79GP，泊松比μ=0.33其他 参数如下表：
迫弹修正机构
位于尾翼； 结构简单，加工容易； 经济性好； 较大的弹道修正能力
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论2.文修主正要机内构容设计
2.1修正机构作用原理
GPS天线 系
统 供
GPS接收机
电
（GPS组件）
否 弹道数据
弹 是道
解
算
否
阻
满足要求
升 是压
起
爆
驱 动 器
尼 片 展 开 机
构 （DSP组件）
修正机构作用原理图
1
2 34
G L d du fpl
pl upfl