硬脆材料车削的三维有限元仿真分析开题报告

1. 研究目的与意义

传统切削式样方法过于费时费力，采用有限元分析的方法不仅能克服这一缺陷能够有效地提高生产研发质量，缩短研发周期和节约研究成本，还可以从模拟结果中得出许多实验难以得到的材料力学特性和物理特性，如：加工工件表面和切屑的温度场分布、应力分布、应变分布和残余应力分布等。本课题以典型脆性材料切削仿真为例，用有限元方法对切削过程进行仿真分析，加深学生对刀具、工件材料以及切削过程中切削力、切屑形成机理的理解，培养学生掌握基本的有限元理论知识和有限元软件的使用，以拓宽学生的知识面和提升学生的专业技能。

2. 国内外研究现状分析

20世纪40年代，piispanen等人在金属切削时建立了金属剪切角模型，并且由此确立了剪切角和前角的相互对应关系；20世纪80年代， Usui等人对切削积屑瘤的产生利用有限元分析方法进行了模拟，并且使用了库伦摩擦模型模拟了切削过程；Iwata建立了刚塑性材料的有限元模型，并对构件的内部应力，材料切削厚度，应变的分布等进行了计算和模拟；1993年Maed等人在考虑了切削时的摩擦、温度、刀具磨损等影响的基础之上，第一次建立了金属切削过程的三维模型，并且分析了刀具的主副切削刃在切削加工工件时的不同作用。随着计算机技术的发展，国内的宋金铃等人，模拟了金属切削时候的连续的稳态成屑过程，对金属成屑经行了分析；李琳等以2Cr13材料为例子，进行了有限元仿真，介绍了分析过程中所需要的各项参数的设置方法，并且总结了各个参数的影响；近些年，上海工程技术大学的张嘉嘉和王大中,采用Johnson-Cook材料模型,利用任意拉格朗日欧拉网格算法(ALE)实现切屑分离,建立二维正交自由切削模型，经行了基于ABAQUS的带状切屑有限元仿真研究。

3. 研究的基本内容与计划

本课题是以典型硬脆性材料车削过程的仿真为例，来使用有限元方法对脆性材料切削过程的切削力、切削温度和切屑形态进行分析与仿真，通过研究硬脆性材料在切削及微切削过程中区别于塑性材料的各种物理现象。

第1周-第2周(熟悉任务，收集资料，了解任务 书和撰写开题报告。

第3周-第6周熟悉有限元软件（abaqus）， 着手为建模准备，通过查阅资料了解脆性材料的特点，切削过程的特点，选择刀具材料，定义刀具各项几何参数。 为中期检查做准备。

4. 研究创新点

本课题将据脆性材料车削过程切削仿真的特点，合理的选择刀具材料、刀具前角、后角、切削用量等参数，本构模型采用剪切失效模型，综合分析考虑不同分离准则的优缺点，合理地选用切削分离准则。利用有限元分析软件，能有效提高实验效率，节约成本，根据模型得到切削过程中应力分布、温度场分布等。