金属切削有限元模拟[外文翻译].doc

附件C：译文




3金属切削有限元模拟

由于20年来泰氏等人的先驱性工作，关于二维正交模型与工件材料，包括低碳钢、铜、不锈钢、硬化钢，以更奇特的合金，如钛和镍基高温合金（铬镍铁合金718）的研究得以继续。以下各节讨论的关键目的是实现有限元模拟金属切削，以及最近实现的基于三维模式的更复杂、典型的包括进程外转折点的有限元模拟金属切削。最后，表面完整性预测（残余应力，微观结构等）、再加工、微型机械仿真切割和非传统加工工艺比如电火花加工（EDM）已经作为最近的重点发展领域出现。

3.1模型实现
模型实现通过有限元网格和工件材料相关的方式实现。主要的三种途径是欧拉方程，拉格朗日方程，和任意拉格朗日—欧拉方程（(ALE）。
3.1.1欧拉理论
在欧拉理论中，当材料流经捕捉的控制体积时，FE栅格空间地固定。当材料流经滤网，未知的物质可变物在集合地点被计算。它们的外形不改变的整个过程的模拟和因此没有划分是必要的，这是一个关键的好处在计算效率。此外，作为材料不被重视的网格，芯片分离标准指定的离别节点之间的工件不是必需的，。不过，欧拉方程性质意味着芯片的初始形成和接触条件必须已知或者是假定的提前。这就排除了模拟的流动材料在界限里自由地流动的可能性，从而约束了该芯片的变。通常在手动模拟中，对自由表面芯片的模拟是一个反复调整的过程。一般情况下，这涉及到对节点沿自由边界的组成部分的速度在检查时为零，并且确保与其他变量的融合。然后对有几何尺寸的切向自由表面芯片的速度进行调整。
这种方法适合于在相对漫长的过渡暂态过渡到稳态情况下进行切割，从而分析切屑形成。斯坦克文斯和莫尔利用欧拉有限元模型预测稳态芯片几何状态和芯片与刀具的接触长度。后者的参数是检查每个节点沿工具芯片的应力正常的接口。虽然几个调查人员在使用欧拉模型时已经合理预测了切削过程更适合流体力学理论而不是加工理论。但这也意味着特定节点在被释放时有相当的规模。