[发明专利]一种基于二维仿真分析的多步加工残余应力获取方法

摘要

本发明公开了一种基于二维仿真分析的多步加工残余应力获取方法，属于机械加工技术领域。该方法基于ABAQUS软件支持，包括以下步骤：a.根据加工工件的刀具参数建立刀具二维有限元模型；b.建立工件二维有限元模型；c.对刀具二维有限元模型和工件二维有限元模型进行装配；d.建立多个分析步；e.对模型进行网格划分；f.对刀具二维有限元模型与工件二维有限元模型的接触属性进行设置；g.设置工件二维有限元模型及刀具二维有限元模型的边界条件；h.将加工完成后未恢复至室温的工件二维有限元模型以Job文件形式保存；i.将未恢复至室温的工件二维有限元模型设置参数重新导入ABAQUS软件；k.残余应力的提取。它具有便于操作，预测精度高等特点。

主权项

1.一种基于二维仿真分析的多步加工残余应力获取方法，其特征在于：所述方法基于ABAQUS软件支持，包括以下步骤：a.根据加工工件的刀具参数建立刀具二维有限元模型，所述刀具参数包括：前角γ0、后角α0、刀尖圆弧半径r、刀具厚度a、宽度b，将所述刀具设置为刚体；b.根据被加工工件加工的实际几何参数及切削参数，建立工件二维有限元模型；根据被加工工件的材料特性，设置被加工工件的材料参数，所述材料参数包括被加工工件材料的密度、弹性模量、泊松比、热导率、比热容，确定切削用量；设置被加工工件材料的Johnson‑Cook本构模型：(1)式中，σ：流动应力；A：参考应变率和参考温度下的初始屈服应力；B：材料应变强化参数；n：硬化指数；ε：等效塑性应变；C：材料应变率强化参数；参考应变率，等效塑性应变率；m：材料热软化指数；T：同系温度；T₀：室温；T_m：材料的融化温度；c.根据所建立的刀具二维有限元模型和工件二维有限元模型，按照实际加工条件，对所述刀具二维有限元模型和所述工件二维有限元模型进行装配，调整刀具与工件的相对位置；d.采用温度‑位移耦合分析步，建立多个分析步，用于模拟进刀、多步加工与退刀过程，根据切削次数设置分析步数，对切削力参数及切削温度参数进行输出设置；e.对模型进行网格划分，其中所述刀具二维有限元模型设置为以四边形为主的网格，所述工件二维有限元模型设置为四边形网格，其中所述刀具二维有限元模型与所述工件二维有限元模型接触的部分网格加密，网格尺寸小于0.1mm，以保证切削质量以及切屑的形成，其中所述刀具二维有限元模型与所述工件二维有限元模型不接触部分网格尺寸大于0.5mm，以保证仿真效率；f.对所述刀具二维有限元模型与所述工件二维有限元模型的接触属性进行设置，选择面‑面接触，根据被加工工件的材料设置摩擦系数；g.设置所述工件二维有限元模型及所述刀具二维有限元模型的边界条件，设置进刀、加工和退刀的速度，根据加工工件时的环境温度，设置刀具与工件的温度场，并对所述工件二维有限元模型进行约束；h.运行ABAQUS软件，将ABAQUS软件的运行结果所得到的加工完成后未恢复至室温的工件二维有限元模型以Job文件形式保存；i.将所述步骤h计算得到的加工完成后未恢复至室温的工件二维有限元模型重新导入ABAQUS软件，重复设置所述步骤b中设置的被加工工件的材料参数，并约束工件底端自由度，设置预定义温度场；j.运行ABAQUS软件，将ABAQUS软件的运行结果所得到的加工完成后室温下工件二维有限元模型以Job文件形式保存；k.残余应力的提取，由步骤j所得到的Job文件中提取距离已加工表面不同距离的节点的残余应力，已完成对被加工工件多步加工后的残余应力的提取与预测。