[发明专利]一种基于ABAQUS的蜂窝复合材料超声切削过程仿真方法

说明书

本发明公开了一种蜂窝复合材料超声切削过程仿真方法，包括：S11.建立蜂窝复合材料超声切削过程的蜂窝材料层状模型和刀具模型；S12.通过ABAQUS仿真软件分别对建立的蜂窝材料层状模型和刀具模型定义材料属性；S13.通过ABAQUS仿真软件分别对建立的蜂窝材料层状模型和刀具模型进行网格划分；S14.对蜂窝材料层状模型和刀具模型进行装配、定位；S15.设置蜂窝材料层状模型各层之间的约束及蜂窝材料模型和刀具模型之间的约束；S16.根据超声切削运动特征创建分析步及输出变量；S17.根据刀具模型相对蜂窝材料模型的运动特性设置边界条件和施加载荷；S18.将通过步骤S11‑S17处理的蜂窝复合材料超声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。

技术领域

本发明涉及航空航天、汽车、船舶等技术领域，尤其涉及一种基于ABAQUS的蜂窝复合材料超声切削过程仿真方法。

背景技术

Nomex蜂窝复合材料是由芳纶纸浸渍酚醛树脂后仿照自然界蜂巢形状制造而成的一种人造正六边形的具有正交各向异性的材料，重量轻、比强度和比刚度高、自熄性好、绝缘性能和化学特性优良的材料特点使得它成为航空航天、汽车、船舶等领域中不可缺少的重要材料之一，而且应用范围越来越广泛。但Nomex蜂窝复合材料是难加工材料，用传统高速铣削方法加工存在表面质量粗糙、加工效率低、粉尘纤维参杂严重、影响加工人员身体健康等弊端。超声辅助加工具有的低切削力、低功率、断续切削等优势使超声加工技术加工蜂窝材料成为主流技术。

超声辅助加工在难加工材料领域是一项高效、精确的加工手段，它增大了Nomex蜂窝复合材料的应用范围。超声加工能够有效减小切削过程中产生的切削力和切削热、改善蜂窝材料表面质量、提高切削效率。虽然超声辅助加工有很多优点，但还需要对加工工艺进一步优化，提高加工水平，进而增加蜂窝复合材料的研发和生产，加速我国航空航天、船舶及国防事业的发展。实现这些目标就要对切削力、刀具与蜂窝材料的接触特征、材料的破损机理等进行更加深入的研究。目前，很多学者使用实验手段进行了超声加工蜂窝材料工艺的优化，但这些都是基于大量的实验进行的，实验的成本较高，并且实验过程中刀具和材料的接触界面特征、材料的微观破损表面都无法呈现。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供了一种基于ABAQUS的蜂窝复合材料超声切削过程仿真方法，通过仿真手段研究则能够有效弥补超声切削实验本身的缺憾；且有限元仿真不仅可以直观、形象地呈现超声切削过程中刀具和Nomex蜂窝材料接触的界面特征，而且能够实时、方便地获取超声切削过程中的切削力，基本可以预测整个切削加工过程；对Nomex蜂窝材料超声切削过程的切削工艺参数优化、装备开发以及专用刀具研究都具有重要意义。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于ABAQUS的蜂窝复合材料超声切削过程仿真方法，包括步骤：

S1.建立蜂窝复合材料超声切削过程的仿真模型；其中，所述仿真模型包括蜂窝材料层状模型和刀具模型；

S2.通过ABAQUS仿真软件分别对建立的蜂窝材料层状模型和刀具模型定义材料属性；

S3.通过ABAQUS仿真软件分别对建立的蜂窝材料层状模型和刀具模型进行网格划分；

S4.对所述划分好网格的蜂窝材料层状模型和刀具模型进行装配、定位；

S5.设置所述蜂窝材料层状模型各层之间的约束以及蜂窝材料模型和刀具模型之间的约束；

S6.根据超声切削运动特征创建分析步及输出变量；

S7.根据所述刀具模型相对蜂窝材料模型的运动特性设置边界条件和施加载荷；

S8.将所述通过步骤S1-步骤S7处理的蜂窝复合材料超声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。