[发明专利]一种基于ABAQUS的颗粒增强钛基复合材料车削过程仿真方法

说明书

本发明公开了一种基于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‑应变、材料破损，结合实验及实际切削，对运算结果进行分析和评价。本发明的本发明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，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。

技术领域

本发明涉及机械加工领域，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。

背景技术

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。

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。

发明内容

发明目的：本发明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。

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：

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-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。

进一步的，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-步骤S8；若仿真大于差异阀值，则重新执行步骤S4-步骤S8。

进一步的，所述步骤S5具体内容为：

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。