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abaqus切削模拟教程
武汉理工大学基于Abaqus的刀具切削仿真Abaqus的功能介绍? 线性静力学，动力学和热传导学 ? 非线性和瞬态分析 ? 多体动力学分析Abaqus的界面介绍切削模拟的假设条件本文建立的金属切削加工热力耦合有限元模 型是基于以下的假设条件: ? 刀具是刚体且锋利，只考虑刀具的温度传导; ? 忽略加工过程中，由于温度变化引起的金相组 织及其它的化学变化; ? 被加工对象的材料是各向同性的； ? 不考虑刀具、工件的振动； ? 由于刀具和工件的切削厚度方向上，切削工程 中层厚不变，所以按平面应变来模拟；Abaqus建立零件模型采用单位： N，Pa，m， S，K，JAbaqus建立零件模型其他零件尺寸如下：? JOINT分离线为切削时切屑与工件分离的部分 ? 零件分开画，材料接触和变形不同，便于赋予 不同的材料特性与接触属性 ? 注意每个零件的原点位置，便于装配Abaqus零件网格划分常用操作：对整个零件进 行自适应网格 对零件的每条边 分布种子网格控制，单元形状指派网格单元类型 控制单元属性执行网格划分Abaqus零件网格划分零件CHIP网格划分：点击 ，选择上 长边，进行边布种 ，确定弹出图中，选择 按个数补种，单元数 250接下来，以相同方式按 顺时针布种，数目分别 为6，20，6，250，20，20Abaqus零件网格划分1.CHIP网格形状控制：点击 ，，选择整个零件后确定， 选择如下图参数2.CHIP网格元素类型： 点击 ，选择整个零件，参数如下3.最后点击，完成网格划分零件分离线，工件网格划分与此相同Abaqus零件网格划分刀具TOOL网格划分：1.点击边布种，如图，按住shif选择前刀面 与后刀面，使用密度偏离布种2.控制网格形状，三角形，技术自由3.网格类型与前面类似Abaqus零件网格划分生成网格零件：1.点击菜单栏‘网格’，选择 ‘创建网格部件’ 2.取名‘TOOL-MESH’ 3.确定，生成绿色的 网格零件4.在道具右上创建一个参考点， 5.其他零件生成网格零件 如图 便于施加载荷和输出切削力Abaqus赋予材料属性常用操作：创建材料，设置材料参数 创建截面，将不同的材料 参数赋予到不同的截面上 指派截面，将不同的截面 赋予到不同的部件上 管理项，对左边对应项进 行编辑、复制、删除等管理Abaqus赋予材料属性创建材料GH4169的参数：1.点击 ，材料名为GH4169， 点击‘通用’选择密度 2.点‘力学’、‘弹性’，设置 杨氏模量和泊松比GH4169为合金钢，将会 赋予给未撕裂的切屑和工件Abaqus赋予材料属性创建材料GH4169的参数：3.点‘力学’、‘塑性’，选择‘与 温度有关的数据’，赋予数据 4.设置线膨胀系数，，点‘力学’‘膨胀’5.设置热传导率，点‘热学’‘传导率’， 输入数据Abaqus赋予材料属性创建材料GH4169的参数：5.点‘热学’‘非弹性热份额’ 6.点‘热学’‘比热’，输入参数Abaqus赋予材料属性创建材料GH4169_FAIL的参数：1.点 ，选GH4169，‘复制’， 命名‘GH4169_FAIL’2.选‘GH4169_FAIL’，点‘编辑’‘力学’ ‘延性金属损伤’‘剪切损伤’，破坏机 制参数如下3.点‘子选项’‘损伤演化’ ‘破坏位移参数’如下GH4169_FAIL赋予给分离线， 破坏到一定程度，网格开裂Abaqus赋予材料属性创建刀具TOOL-M的参数：1.刀具‘密度’‘杨氏模量’ ‘泊松比’如下 2.点‘力学’‘膨胀’，设置 ‘膨胀系数’3.设置‘热传导率’‘比热’Abaqus赋予材料属性设置截面属性：1.点 ，名称‘Section_CHIP&WORK’, 设置如下，继续，材料选择‘GH4169’ 2.建‘Section_JOINT’,赋予 材料‘GH4169_FAIL’3.建‘Section_TOOL’,赋予 材料‘TOOL_M’Abaqus赋予材料属性赋予零件截面属性：1.‘部件’栏点选‘CHIP_MESH’，点 2.选择整个零件确定后，赋予零件 截面属性‘Section_CHIP&WORK’3.同理，赋予其他零件对应的截面属性Abaqus模型装配常用操作：导入模型阵列平移实例旋转实例合并、切割实例Abaqus模型装配1.点击 ，导入零件 2.点 ，选择实例‘WORKPIECE-MESH’, 选右上角作‘起点’，‘JOINT_MESH’右 下角作终点确定3.同理，将刀具顶点移到（2E-5，5E-6）Abaqus定义分析步与输出常用操作：创建分析步创建场输出创建历程输出对左边对应项进行管理Abaqus定义分析步与输出定义分析步：1.点 ，建分析步‘Unsteady cutting’ 插在初始步后，参数设置如下 2.时间长度设为2E-5，几何非线性 设为‘开’Abaqus定义表面与接触切换到‘相互作用’定义接触面：1.通过菜单、视图，只显 示零件CHIP 2.菜单栏，‘工具’‘创建面’Abaqus定义表面与接触3.表面命名为‘CHIP_BOT’ 选择如下红色边确定 4.其他表面定义（红色线）如下CHIP_ALLJOINT_BOT JOINT_TOPWORK_TOPTOOL_FACEAbaqus定义表面与接触定义接触性质： 1.点 ,继续 ，命名‘int-con’ 2.力学分别定义‘切向行为’ 3.定义热传导，定义传导率 ‘法向行为’ 与距离的函数对应关系如下Abaqus定义表面与接触定义接触性质： 类似操作分别定义接触 PROCESS_CON：增加‘生热’ THIRD_CON:摩擦改为零Abaqus定义表面与接触定义接触对： 总共有5对接触 2，按相同方法，按实际接触 定义其他4对接触 1.点 ，选择接触的2个面‘CHIP_BOT’ ‘CHIP_TOP’,力学接触为罚接触 ，接 触属性为Initial_on3.定义刀具为刚性约束。在菜单中创建一个集合， 命名为‘TOOL_EL’,选择所有刀具网格后确定Abaqus定义边界条件和载荷定义元素集合：定义约束点和初始温度点的集合.菜单工具中创造如下‘集’ 1.ENCASTRE（点）：用于限制工件自由度 3.ALL_2：定义刀具的初始温度2.ALL1（点）：用于定义工件初始温度定义载荷幅度曲线： 工具‘幅值’，幅值 曲线如下Abaqus定义边界条件和载荷定义约束边界条件：1.夹持工件：点 ，命名Fix _works,继续，区域选择‘ENCASTRE’ ，选择完全固定Abaqus定义边界条件和载荷定义约束边界条件：2.定义刀具移动：建边界‘Move-TOOL’， 载荷类型‘速度’，施加点选参考点，速 度大小，方向，幅值如下3.赋予刀具和工件初始温度：菜单， 预定义场，命名后，区域选择‘ALL_1’ 定义工件初始温度300K（21度）。同理 定义刀具初始温度600KAbaqus提交作业并计算建立作业 ，检查数据后， 提交，计算时，课题通过监视 器实时观察计算过程实时观察Abaqus后处理模块Abaqus后处理模块选择输出的云图选择输出应力云图Abaqus后处理模块切削应力云图：Abaqus后处理模块输出刀具受力的时域图：反映了切削的平稳性， 衡量加工质量Abaqus切削的改进本次切削我认为还有以下有待改进的地方：1.材料本构模型：本次使用的各向同性，但表示材料高应变速率 下的热粘塑性行为常用J-C模型 2.分离线：采用分离线分别赋予材料属性，但不符合实际 3.道具角度：为防止网格变形速率过大，刀具倾角都取得很小，有待改进
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学习目标 通过本课程的学习,学员可以学到abaqus切削仿真分析的材料损伤设置以及查找资料。 讲师信息 梁桂强 清华科技园孵化企业,北京...刚性支撑 刀 区域D 图 3 几何形状和刀具网 断裂能的 Emax(在 ABAQUS 中)开始实施是为了在相当低的正交切削中找到一个快速的 刀具磨损,持续一个数值模拟几毫秒...abaqus金属切削参数_物理_自然科学_专业资料。金属非稳态切削材料属性 1、工件、切屑 密度:8250 弹性:杨氏模量 2.2e11,泊松比 0.3 膨胀: 膨胀系数 1. 1.23...ABAQUS技术报告 - 铝合金
切削加工有限元模拟 0 引言 金属切削加工有限元模拟,是一个非常复杂的过程。这是因为实际生 产中,影响加工精度、表面质量的...一、有限元模拟方法金属切削数值模拟常用到两种方法,欧拉方法和拉格朗日方法。欧拉...ABAQUS/Explicit 中的剪切失效准则 (shear failure)就是这样一种物理准则, 它根据...
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通过前一次的介绍，相信大家已经熟悉了利用Abaqus软件结合自适应网格技术模拟金属切削的分析过程，下面将借助简单案例介绍另一种切削模拟方法，即在切屑附近将工件一分为二，两部分的材料属性基本一致，唯一的区别在于需要对切屑部分定义破坏准则。这种方法可以模拟切削过程中形成的锯齿状的切屑，这种形状切屑的产生使得切削力发生波动的同时产生对刀具的热冲击。
1. 问题描述
（1）模型介绍
该模型中的刀具和工件均采用二维平面单元，相应的形状和尺寸如图1和图2所示；刀具切削速度为0.05m/s，切削厚度为0.00009m。
图1 工件及装配模型 图2 刀具模型
（2）材料属性
该分析模型共包含三种材料属性，材料一对应于工件基体（分割线下侧）、材料二对应于切屑（分割线上侧），材料三对应于刀具，其中材料与材料的各项参数基本一致，唯一的区别在于材料二需定义破坏准则，各材料的具体参数和设置方法如下图所示。
密度（Density）：4430Kg/m3
弹性模量（Young’sModulus）：1.1E11Pa
泊松比（Poisson’sRatio）：0.33
热膨胀系数（ExpansionCoeff alpha）：9E-6/℃
热传导率（Conductivity）：6.6W/m·K
比热容（SpecificHeat）：670J/(Kg·℃)
非弹性热系数（InelasticHeat Fraction）：0.9
塑性参数设置如下图所示。
图3 塑性参数
材料二：（此处只给出破坏准则的设置方法，其余参数与材料一相同）
图4 破坏准则
密度（Density）：15700Kg/m3
弹性模量（Young’sModulus）：7.05E11Pa
泊松比（Poisson’sRatio）：0.23
热膨胀系数（ExpansionCoeff alpha）：5E-6/℃
热传导率（Conductivity）：24W/m·K
比热容（SpecificHeat）：178J/(Kg·℃)
非弹性热系数（InelasticHeat Fraction）：0.9
（3）分析步设置
分析步选择显式动力学（Dynamic，Explicit），求解时间为1E-5s。
（4）边界条件
对工件基体部分的左侧、右侧和下侧定义固定约束，将刀具设为离散刚体，对与其相关联的参考点的定义沿切削方向的速度0.05m/s，并将其余方向速度设为0。
在前一次介绍的采用自适应网格技术模拟切削的过程中，只有工件表面网格与刀具接触，而在该分析模型中采用的是破坏与失效的技术，因此工件的所有单元与刀具间均要建立接触关系，摩擦系数应根据实际工况设置，这里设为0.4。
2. 结果分析
求解完成后，可以通过后处理模块查看各时刻工件的应力分布及其他所需的输出结果。
图5 Mises应力云图
运用这种方法模拟切削过程，可以观察到切屑的断裂和飞出；此外，若将在此方法的基础上进行适当的调整，还可以实现切削过程中其它现象（如绝热剪切带）的模拟。
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今日搜狐热点Abaqus在金属切削方面的实例
金属切削是研究切削加工过程中刀具与工件之间相互作用和各自变化规律的一门学科。切削是一个很复杂的工艺过程，不但涉及到弹性力学、塑性力学、断裂力学，还涉及热力学，摩擦学等。切削的质量受到刀具形状，切屑流动，温度分布、热流和刀具磨损等影响，切削表面的残余应力和残余应变严重影响工件的精度和疲劳寿命。
金属切削原理的研究已有上百年，研究内容涉及了刀具切削材料时扭矩的测量（1851年），刀具几何参数对切削力的影响（1864年），切屑行成的解释（1870-
1940年），切削速度对刀具寿命的影响（1907年），温度与切削条件间的关系（年）等。基于这些成果，可以进行传统的实验或解析的方法研究切削机理，但很难对其进行定量的分析和研究，且研究时间长，成本高。计算机技术的发展使得利用有限元仿真方法来研究切削加工以及各种参数之间的关系成为可能。
近年来，有限元方法在切削工艺中得到广泛应用，这种方法对了解切削机理，提高切削质量很有帮助，且研究成本大大降低。ABAQUS作为功能强大的有限元通用软件，在处理金属切削这种高度非线性问题上体现了其独到的优势。本文就ABAQUS的金属切削做一个简单的例子，以帮助初学者尽快入门。
2.模型参数
（1）切削参数：切削速度5mm/s，切削厚度0.01mm，切削宽度1mm。
（2）模型尺寸参数：
工件：假定为一个长方体，长1.5mm，宽0.6mm，厚度0.01mm。
刀具：前角10度，后角6度，具体尺寸见图1。
3.模型建立及设置
3.1模型建立
本文所用模型比较简单，可以直接在ABAQUS的Part模块进行创建，也可以使用其他三维软件建模并导入ABAQUS。本文采用第一种方法。根据上述所给模型参数，参考图1，建立工件和刀具模型如图2所示。
材料参数定义
材料参数在Property模块进行设置。设置材料参数的主要依据是分析的类型和所涉及的各项输出，如考虑热应力的分析，需定义热膨胀系数（Expansion），若要考虑温度场，则要定义模型的密度、热导率、比热容等。本案例最重要的是工件塑性的问题，因此采用广泛应用的Johnson-Cook模型，该模型非常适合于模拟具有高应变率变形的金属材料。其中包含的参考应变率需与实验的参考应变率相对应，如此，得到的参数才是准确的。本文定义的材料参数如图3所示。
定义完成之后，创建截面属性，并将其分配给对应的工件。
在Assembly模块完成，首先通过Instance创建工件和刀具的装配模型，然后通过平移功能调整工件和刀具的位置，保证两者充分接近，但不产生干涉。装配好的模型如图5所示。
定义分析步
目前，ABAQUS中做切削分析可以采用两种分析步，一种是基于热力耦合的分析步，这种分析步充分考虑了切削过程的热与结构力相互耦合及相关机制，另一种是动态绝热分析，这种分析认为切削在短时间内完成，因此热量还未来得及发生传导。本案例的分析时间较长，采用第一种分析步类型。
由于切削分析涉及了材料的极大变形，使用传统的拉格朗日网格会产生严重的畸变，甚至导致分析停止，因此使用自适应拉格朗日-欧拉网格，即ALE。ALE结合了拉格朗日网格和欧拉网格的优点，一方面通过拉格朗日方法定义边界，另一方面使用欧拉方法解决网格畸变问题，这种方法目前在大变形分析领域得到很好的应用。ALE是依赖分析步设置的，因此必须先在Step模块中创建分析步，然后在同一模块中设置ALE参数。本文设置的分析步和ALE参数如图6、7所示，关于ALE的更详细设置，请参见ABAQUS关于ALE部分的帮助文档。
也可以适当地采用质量缩放，在保证结果正确的前提下，加快计算的时间。具体设置可参照帮助文档中关于质量缩放的介绍。
首先定义接触属性。切削过程，需要设置相应的摩擦，采用的接触形式为硬接触，还需定义生热系数和热量分配系数。生热系数主要是计算摩擦作用产生热的比例，热量分配系数主要是对摩擦所生热量进行分配。接下来定义接触，选择工件和刀具的表面，以建立相应的接触关系。接触定义如图8所示。
由于本案例主要关心工件的塑性应力场和热应力场分布，因此对刀具施加刚体约束可以减少计算的时间，且不会影响计算的结果。
载荷和边界条件定义
结合实际的切削过程，固定工件的下边与左边，并给刀具设定一个速度进行切削，同时在预定义域为工件和刀具定义初始温度场。
切削是非线性很强的本构关系，如果网格过于粗糙，会造成分析不收敛，尤其切屑的密度直接关系到切削的成败，因此对重点部位需要进行网格细化。采用结构网格进行划分，在工件的厚度方向，单元分布采用偏置设置，以更好地解决时间和效率的问题。
在Job模块新建任务，并提交。
如此，则完成了一个简单切削模拟的模型创建、参数设置和任务提交过程。特别需要注意的是材料的参数设置、接触定义及载荷和边界条件定义等几个方面，只有恰当的设置才能够得到合理的结果。
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abaqus经典问题详解要点
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Abaqus经典问题详解
编著：abaqus土木仿真模拟工作室
更新时间截止：日，
持续更新中，敬请期待
内容简介
本电子书籍部分章节来源于abaqus土木仿真模拟工作室原创，欢迎土木行业的研究生及学者关注本工作室微信账号及工作室官方QQ群。也有一部分章节来源于小木虫及中国仿真论坛热帖，对有些能找的到来源的贴部分章节注名了出处，有些已经搜索不到原贴，在此感谢各位原贴作者的辛勤付出。
同时本电子书籍只为广大网友快速学习掌握abaqus提供帮助，不以盈利为目的销售出版，希望得到各位网友的支持。书中难免会有错误和纰漏之处，敬请各位专家和广大学者批评指正，欢迎读者通过电子邮件与版主联系。
目录
 TOC \o "1-3" \h \z \u  HYPERLINK \l "_Toc" 第一篇 abaqus入门资料简介  PAGEREF _Toc \h 3
 HYPERLINK \l "_Toc" 第一章：初学者必须学习的基础类书籍  PAGEREF _Toc \h 3
 HYPERLINK \l "_Toc" 第二章：那些与专业应用有关的ABAQUS书籍  PAGEREF _Toc \h 8
 HYPERLINK \l "_Toc" 第三章：ABAQUS学习参考资料  PAGEREF _Toc \h 14
 HYPERLINK \l "_Toc" 第二篇：abaqus经典问题详解  PAGEREF _Toc \h 16
 HYPERLINK \l "_Toc" 第四章：?ABAQUS输出弯矩剪力轴力办法（cae操作）  PAGEREF _Toc \h 16
 HYPERLINK \l "_Toc" 第五章：?地应力平衡方法以及注意事项  PAGEREF _Toc \h 19
 HYPERLINK \l "_Toc" 第六章：一个简单的二维平板裂缝扩展案例  PAGEREF _Toc \h 22
 HYPERLINK \l "_Toc" 第七章：弹塑性分析不收敛时的解决方法  PAGEREF _Toc \h 29
 HYPERLINK \l "_Toc" 第八章：abaqus如何写input文件  PAGEREF _Toc \h 33
 HYPERLINK \l "_Toc" 第九章：Abaqus做基坑开挖墙后土体全部隆起问题的探讨  PAGEREF _Toc \h 38
 HYPERLINK \l "_Toc" 第十章：弹性模量、压缩模量、变形模量取值问题  PAGEREF _Toc \h 40
 HYPERLINK \l "_Toc" 第十一章：abaqus查找解决模型问题的基本方法  PAGEREF _Toc \h 42
 HYPERLINK \l "_Toc" 第十二章：Abaqus错误与警告信息汇总  PAGEREF _Toc \h 43
 HYPERLINK \l "_Toc" 第十三章ABAQUS在inp里添加弹簧单元全过程  PAGEREF _Toc \h 50
 HYPERLINK \l "_Toc" 第十四章：abaqus梯形荷载定义（线性荷载）  PAGEREF _Toc \h 53
 HYPERLINK \l "_Toc" 第十五章：abaqus中对应力应变的部分理解  PAGEREF _Toc \h 55
 HYPERLINK \l "_Toc" 第十六章：持续更新中  PAGEREF _Toc44943
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Abaqus仿真模拟摩擦钻孔过程
编辑：李利平
本文由Bing Jiang整理。 摘要 摩擦钻孔是一种新型的薄板钻孔加工方法，该钻孔技术的应用能极大地提高生产效率和保证产品质量，极大地减少材料的浪费和对环境的污染，具有非常广阔的应用前景。需要必要的仿真模拟，以了解材料的流动、温度、应力和应变等，这些很难通过实验测量。 基于Isight优化和数据匹配 Abaqus摩擦钻过程的热-机模拟 背景 摩擦钻孔加工依靠钻具和钣金件之间的摩擦力所生成的热量将工件进行软化、进而穿透并变形生成为凸台状，是一个清洁无钻屑的加工过程。
摩擦钻孔及其仿真 工作原理 摩擦钻孔利用旋转工具和工作材料之间的摩擦产生热量，高温使工件软化和材料流动形成孔。 摩擦钻孔
Abaqus关键技术 摩擦钻孔模拟中不可避免单元大变形和过度扭曲，采用以下Abaqus技术解决其收敛和求解: 自适应网格 在大变形或损伤发生时，能够确保高质量网格； 不改变网格拓扑关系（单元和连接）； 防止网格畸变引起分析终止，改善不收敛； 比纯粹拉格朗日更快速、更准确、更强健。
自适应网格 单元删除 采用与米塞斯塑性模型相结合的剪切破坏模型，定义了材料的剪切破坏； 适用于多种材料的高应变率变形，包括绝大多数金属； 使用等效的塑料应变作为失效值(该文阀值2.2)； 当单元积分点达到剪切破坏值，其所有应力分量都被设置为0，且被删除。
单元删除（蓝色单元） 质量缩放: 模型中带有影响稳定时间增量的非常小的单元，为了动态分析的求解效率，在分析步的开始阶段，缩放单元的质量，并在分析步中周期性地应用。 有限元分析建模 几何 工件直径=101.6mm，厚度=1.59mm；底部刚性支撑板外圈直径=80mm，内圈直径=24.5mm，厚度=1.59mm。
钻头几何尺寸 材料
边界条件 对流系数=30 w/m2 K，环境空气温度=22℃；刚性刀具旋转=3000转/分钟，供给率=4.23 mm/s；Abaqus/Explicit完全耦合热应力分析单元C3D8RT。 Data Matching数据拟合 摩擦系数取决于许多因素，包括滑动速度、接触压力、温度、材料成分等，通过使用Isight获得最佳匹配试验的优化值
Data Matching 自动优化摩擦系数 优化技术：Hooke-Jeeves； 优化变量：摩擦系数(0.3-0.2)； 优化目标：尽量减少模拟和目标图之间的绝对面积差异。
优化目标 优化最佳匹配实验的摩擦系数为0.7。
最优摩擦系数 分析结果
摩擦钻孔过程动画
仿真和试验钻孔力比较 采用0.7的摩擦系数分析结果与试验结果较一致。
仿真和试验转矩比较
仿真和试验的工件温度比较 总结 摩擦钻孔涉及到大量的工作材料变形，以及工具和工件的高温，通过仿真模拟理解材料的流动、温度、应力和应变等。 参考文献 Thermo-Mechanical Finite Element Modeling of the Friction Drilling Process, Scott F. Millerand Albert J.Shih
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