金属本构数值建模和切削仿真加工参数优化

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1、华中科技大学硕士学位论文金属本构数值建模和切削仿真加工参数优化姓名：万修龙申请学位级别：硕士专业：机械工程指导教师：闫蓉2011-05-25华中科技大学硕士学位论文摘要随着计算机技术迅速发展，有限元技术在金属切削领域得到广泛应用，有限元切削仿真软件也应运而生。现有的商用有限元切削仿真软件中提供的材料库、材料失效准则可以针对一些常用的材料进行准确的仿真计算，然而却无法应用于新的加工材料和加工工艺的切削仿真，带来了有限元仿真软件工程应用的局限性，本文深入研究金属切削的材料变形机理，构造材料本构模型，研究切削仿真有限元二次开发技术，并提出了采用金属切削仿真技术进

2、行加工参数优化的一整套行之有效的方案。基于有限元和材料弹塑性力学、断裂力学等理论，使用Fortran语言开发了有限元软件ABAQUS材料Vumat子程序，在金属切削仿真计算中准确地重构了常用的材料Johnson-Cook本构模型和Johnson-Cook失效准则，通过与ABAQUS本身自带的Johnson-Cook本构模型在材料拉伸模拟中的对比，验证了子程序在表征材料Johnson-Cook本构模型的准确性。分别采用ABAUQS和AdvantEdgeFEM有限元软件，分别对铝合金Al6061加工进行了二维正交切削仿真模拟，其中ABAQUS仿真中使用了二次开

3、发的Vumat子程序。设计仿真对比方案，计算得到切削力、切削温度和Mises应力以及切屑形态，采用两种软件的仿真结果的对比验证了二次开发的Vumat子程序在切削仿真中应用的可行性。对上汽通用五菱发动机工厂发动机曲轴孔精镗加工进行了切削仿真与试验，通过设置不同的加工参数进行仿真对比，选择最优的加工参数。发动机工厂采用优化后的加工参数进行试验，试验结果表明采用优化后的工艺参数，刀具磨损减小，加工中出现毛刺、崩边等问题次数减少，加工效率提高7%。关键词：切削仿真有限元本构方程加工参数I华中科技大学硕士学位论文AbstractDuetorapiddevelopme

4、ntsoftechnologyofcomputer,finite-elementanalysishasbeenutilizedwidelyindomainofmetal-cutting.Relatedsoftwarewhichwasdesignedbasedonthesimulationofmetal-cuttinghasemergedindecades.Currentcommercialsoftwareisabletosimulatecommonmaterialspreciselyresultinginthematurestudyonthesemater

5、ialmodels.Howevermanylimitationsoffinite-elementanalysissoftwarehavebeenrealizedintheactualengineeringissuesresultinginlackingofthespecificmaterialmodels,especiallysomecharacteristicsofnewmaterialscanbehardlyobtainedinthesecommercialsoftware.Thisthesisrepresentsfurtherresearcheson

6、themechanismofthemetalchipdeformation,structurethematerialconstitutivemodelandsecondarydevelopmenttechnologyoffinite-elementsimulationincuttingprocess.Seriesvalidstrategiesofoptimizingthecuttingparametersareproposed.AsubprogramofABAQUS,whichisalsocalledVumat,hasbeendevelopedbyFORT

7、RANbasedonthefinite-elementtheory,plastoelasticityandfracturemechanicsintheresearch.Johnson-CookconstitutivemodelandfailurecriterionisreconstructedinthesubprogramwhileitsvalidationisverifiedbycomparingsimulationofmaterialextendingtoABAQUS.ABAQUSandAdvantEdgeareutilizedseparatelyin

8、thesimulationoftwo-dimensionortho