Model elementu skończonego wysokiej prędkości cięcia metali z adiabatycznym ścinaniem

Wprowadzenie

Stopy tytanu, takie jak TI6AL4V, są szeroko stosowane w lotniskach i innych zastosowaniach przemysłowych. Duża część kosztów produkcji składników wykonanych z tych stopów wynika z obróbki. Projekt stopów tytanowych o lepszej maszynowości jest zatem wartość, podczas gdy celem badań.

Aby to osiągnąć, konieczne jest zidentyfikowanie ważnych parametrów materialnych, które krytycznie wpływają na maszynowalność materiału. Można tego dokonać poprzez badania parametrów przy użyciu symuzyjnych elementów skończonych. Po ustaleniu najbardziej obiecujących możliwości projektowych można wykonać faktyczną modyfikację stopu, co jest zatem tylko ostatnim krokiem procesu projektowania materiału. Takie podejście jest podobne do standardowego cyklu produkcyjnego CAE, w którym zbudowano tylko kilka prototypów.

Utworzenie niezawodnego modelu komputerowego procesu cięcia metalu jest pierwszym i kluczowym krokiem w tej proesji. W tym artykule szczegółowo opisujemy taki model. Do obliczeń wykorzystuje standardowe oprogramowanie do elementów skończonych, zapewniając w ten sposób przenośność i elastyczność. Ponieważ wymagania dotyczące algorytmu siatki są dość silne, opracowano specjalny preprocesor, który jest zaprogramowany w CÞÞ, a zatem jest również przenośny dla różnych platform.

Artykuł jest zorganizowany w następujący sposób: Po krótkim opisie wymagań dotyczących modelu w sekcji 2 szczegóły modelu elementu skończonego podano w rozdziale 3. Niektóre wyniki uzyskane z modelem pokazano w sekcji 4, koncentrując się na szczegółach układu chipowego dla procesu Mation. Sekcja 5 podsumowuje pracę i wskazuje na przyszłe cele badań.

Problem

W procesie cięcia materiału jest usuwany z powierzchni przedmiotu obrabianego za pomocą narzędzia tnącego i powstaje układ. Problem obejmuje duże deformacje plastyczne, które generują znaczną ilość ciepła, podobnie jak tarcie między narzędziem a obrabianym, a także między narzędziem a wiórem. Należy również modelować oddzielenie materiału obrabianego przed narzędziem. Ponieważ wpływ parametrów materialnych jest ważniejszy dla rozważań dotyczących projektowania materialnego niż szczegóły samego procesu, proces cięcia symulowany tutaj jest wycinanie ortogonalne. Proces jest symulowany jako dwuwymiarowy, co silnie skraca czas komputera potrzebny do obliczeń. Dalsze uproszczenie odbywa się, zakładając, że narzędzie jest idealnie sztywne.

Tarcie i przepływ ciepła do narzędzia zostały do ​​tej pory zaniedbane w symulacjach, ale można je łatwo uwzględnić. Powodem tego pominięcia jest to, że konieczne jest uproszczenie procesu cięcia w jak największym stopniu, aby uzyskać wgląd w leżące u podstaw mechanizmy, które zostaną wyjaśnione poniżej. Ponadto nie ma promieniowania cieplnego z wolnej powierzchni układu i nie jest dozwolone przeniesienie ciepła na granicy materiału.

Szybkie obróbka jest silnie nieliniowym problemem ze względu na opisane powyżej efekty i należy je uruchomić przy użyciu w pełni sprzężonego termomechanicznego modelu elementów skończonych. Dlatego ogromnym zadaniem jest rozwój skończonego kodu elementu, aby poradzić sobie z problemem cięcia metalu od zera, aby korzystanie z komercyjnego oprogramowania FE było atrakcyjną alternatywą. Nowoczesne oprogramowanie do skończonych elementów może zasadniczo poradzić sobie z tak silnie nieliniowymi problemami. W naszych badaniach postanowiliśmy użyć systemu programu ABAQUS/Standard, który umożliwia definicję złożonych warunków kontaktowych, pozostawia wiele możliwości zdefiniowania zachowania materialnego i można je dostosować w wielu zwodniach, włączając zdefiniowane przez użytkownika podprogramy. Przypuszczamy, że większość opisanych poniżej metod działałaby z dowolnym podobnie potężnym pakietem FE. Ze względu na zastosowanie znormalizowanego oprogramowania sformułowanie równań (sformułowanie elementów skończonych, sprzężenie termomechaniczne, schemat integracji itp.) Można znaleźć szczegółowo w innym miejscu [3].

Wiele symulacji elementów skończonych procesu cięcia metali jest wykonywanych przy użyciu metody jawnej (patrz na przykład [17]), która gwarantuje zbieżność. (Przegląd symulacji elementów skończonych procesu cięcia można znaleźć w [16].) Niemniej jednak postanowiliśmy użyć ukrytego kodu. Tutaj zbieżność jest sprawdzana podczas symulacji, ale proces rozwiązania iteracyjnego nie jest już gwarantowany. Jedną z zalet korzystania z niejawnego kodu ABAQUS/Standard jest to, że pozwala to wprowadzić szeroki zakres elastycznych podprogramów zdefiniowanych przez użytkownika w symulacji. Takie procedury można wykorzystać do wdrożenia skomplikowanych kryteriów separacji materiałowej. Oprócz tego kod niejawny ma lepsze zachowanie skalowania, jeśli potrzebne jest udoskonalenie siatki lokalnej. Jeśli powstają wąskie pasma ścinania, konieczne są rozmiary elementów rzędu 1 lm lub mniej (patrz sekcja 4.2), a przewaga w czasie procesora stosowania jawnego algorytmu silnie się zmniejszy. Metoda jawna jest prawdopodobnie lepsza, jeśli efekty tarcia są duże, co jednak nie jest tutaj. Z drugiej strony, jawne metody często muszą zmienić niektóre parametry fizyczne, takie jak gęstość lub prędkość narzędzia, lub muszą stosować sztuczną lepkość. Naszym zdaniem nie ma powodu, aby rozważyć niejawną symulację gorszą od jawnej, jeśli można osiągnąć konwergencję.

Różni się również z wielu innych symulacji, używamy w pełni zintegrowanych elementów czworobocznych pierwszego rzędu, które mają lepsze właściwości konwergencji niż elementy trójkątne. Jest to omówione dalej w sekcji 3.3.

Stopy tytanowe tworzą segmentowane wióry po cięciu lub thogonalnie (patrz ryc. 9). Każda szczegółowa symulacja procesu cięcia metali musi być w stanie wziąć pod uwagę ten rozumowanie. Mechanizmy segmentacji chipów wciąż nie są całkowicie poznane [12,15, 25,26]. Oczywiste jest, że tak zwane adiabatyczne ścinanie odgrywa znaczącą rolę w procesie segmentacji: zmiękczenie termiczne materiału w strefie ścinającej prowadzi do zwiększonego deformacji w tej strefie, co powoduje ciepło i prowadzi do dalszego złagodzenia. To pozytywne sprzężenie zwrotne między zmiękczeniem a deformacją powoduje wąski pasek niezwykle silnego odkształcenia, podczas gdy materiał zaokrąglący Sur jest tylko nieznacznie zdeformowany. Nie wiadomo jednak, czy adiabatyczne pasma ścinające są spowodowane pęknięciami rosnącymi w materiał, jak zakładano w [25]. Jeśli jest to prawdą, stężenie naprężeń na końcówce pęknięcia może następnie indukować tworzenie pasma ścinającego (patrz np. [5]).

Dla opisanego tutaj modelu zakładamy, że segmentacja układów jest spowodowana czystym trawieniem adiabatycznym, bez występowania pęknięć. Jest całkiem jasne, że efektywna krzywa przepływu plastikowego punktu materiału w paśmie ścinającym musi wykazać maksimum dla tego mechanizmu. Zastosowaliśmy pole krzywej przepływu, w którym nawet krzywe przepływu izotermicznego wykazują maksimum. Jest to dodatkowo szczegółowe w sekcji 4.1.

Jeśli powstają segmentowe układy, stężenie ścinania prowadzi do (prawie) nieciągłego odkształcenia układu. Należy podjąć środki, aby zapewnić, że siatka elementu skończonego nie jest zbyt zniekształcona z powodu tego tworzenia, szczególnie w symulacji z wykorzystaniem elementów czworobokowych.

Podsumowując, symulacja musi spełniać następujące wymagania:

stosowanie elementów czworobocznych, tak regularnie, jak to możliwe, unikając wyjątkowo zniekształconych siatek;

wysoka gęstość siatki w strefie ścinania;

nieciągłe deformacja (segmentacja) układu;

zbieżność algorytmu niejawnego;

Wykorzystanie standardowego oprogramowania do przenośności i elastyczności.

Zastosowanie algorytmu do automatycznego remeshingu jest obowiązkowe w symulacji cięcia metalu, ponieważ zniekształcenia elementów stają się duże w podejściu Lagrangian, zapewnia, że ​​elementy nigdy nie stają się zbyt zniekształcone. Można go również użyć do utworzenia rafinowanej siatki w strefie ścinania, która porusza się z materiałem (patrz ryc. 6).

Jednak standardowe generatory siatki nie są w stanie obsługiwać złożonych zadań związanych z tym problemem bez trudności. W ten sposób zaprogramowano preprocesor, który może łączyć silnie zakrzywione regiony utworzone przez proces cięcia za pomocą czworoboku. Położenie strefy ścinania jest automatycznie określane przy użyciu kryterium geometrycznego, a siatka jest tam udoskonalana. Preprocesor jest opisany w poniższej sekcji. Następnie wyjaśniono szczegóły procesu tworzenia siatki i modelowania segmentacji.

Model elementu skończonego

Zasady generowania siatki

Zastosowany preprocesor (zwany pre -zajmem PreÞÞ) jest zapisywany w CÞÞ przy użyciu standardowych bibliotek klas, a zatem jest przenośny na różne platformy. Preprocesor można użyć do obliczenia parametryzowanych danych geometrii, aby można było łatwo zmienić parametry modelu. Ma to zastosowanie do szerokiego zakresu problemów w dwóch i (z pewnymi ograniczeniami) w trzech wymiarach.

Jest to quasi-liniowy eliptyczny układ równań, który można rozwiązać za pomocą standardowych metod. Algorytm siatki jest zwykle używany do utworzenia siatki w obszarze fizycznym, który jest wynikiem obliczenia elementu skończonego, ponieważ służy do automatyzacji procesu remeshing. Dlatego linie ograniczające są zdefiniowane przez pozycje węzła poprzedniego etapu obliczeń, a zatem są już dyskretyzowane. Aby rozwiązać równania, stosuje się regularną prostokątną siatkę, w której wybierany jest rozmiar siatki, aby był mniejszy niż najmniejsza odległość między węzłami na powierzchniach ograniczających, tak że kontur starej i nowej siatki zgadzają się.

Ponieważ liczba punktów roztworu musi być dość duża dla nieregularnie ukształtowanych regionów, korzystne jest wybór algorytmu rozwiązania z pewną ostrożnością. Zdecydowaliśmy się na pełny algorytm multigrid, wprowadzony przez Brandta [7]. Algorytm ten ma tę zaletę, że jest szybki, solidny i że daje również oszacowanie błędu obcięcia zaangażowanego w dyskretyzację, dzięki czemu obliczenia można wykonać, dopóki błąd numeryczny nie będzie porównywalny z błędem obcięcia. Ponieważ równania są nieliniowe, należy zastosować metodę pełnego schematu aproksymacji (FAS). Technika wielowarstwowa opiera się na fakcie, że standardowe metody relaksacji (takie jak Gauss-Seidel) są bardzo skuteczne w zmniejszaniu oscylującej części błędu rozwiązania, podczas gdy gładsza część o dużej długości fali nie jest bardzo duża. Dlatego po kilku krokach relaksacji można reprezentować wszelkie równanie obejmujące błąd, a także na grubszej siatce z mniejszymi punktami. Relaksacja na tej grubszej siatce ponownie zmniejsza komponenty o małej długości fali, które jednak mają teraz większą bezwzględną długość fali, ponieważ siatka jest grubsza. Dlatego stosuje się schemat rekurencyjny, w którym błąd jest skutecznie zmniejszony we wszystkich zaangażowanych skalach długości. Algorytm ten jest standardowym narzędziem rozwiązania równań eliptycznych, dzięki czemu czytelnik jest skierowany do literatury w celu uzyskania dalszych szczegółów [20]. Potrzebuje tylko około minuty na standardowej stacji roboczej, nawet gdy liczba punktów sieci wynosi około 250 000, o ile granice regionu nie są zbyt silnie zakrzywione. Ryc. 1 (a) pokazuje linie współrzędnych utworzone za pomocą opisanego algorytmu w prostym regionie.

Rzeczy rekonstrukcyjne w regionie mogą powodować silnie zdeformowaną siatkę w pobliżu narożnika. Można tego uniknąć na dwa różne sposoby: można wprowadzić dodatkowe warunki źródła po prawej stronie równania. (3) i (4). Niniejsze terminy źródłowe działają jak opłaty punktowe lub regionowe, które odkształcają linie ekwipotencyjne, a tym samym mogą usuwać deformacje. Jednak trudniejsze jest automatyczne określenie odpowiedniego rozmiaru tych terminów źródłowych, które będą działać dobrze pod względem wszystkich

Ryc. 1. Przykłady układów współrzędnych wygenerowanych z algorytmem opisanym w tekście:

(a) Pokazuje prosty region (b) pokazuje region z ponownym narożnikiem, który jest podzielony na dwie części.

okoliczności. Z tego powodu zastosowano inne podejście: jeśli siatka jest zbyt zniekształcona w pobliżu rogu ponownego studiowania, region jest podzielony na dwie części na linii zaczynającymi się w tym rogu i kończąc po przeciwnej stronie regionu (patrz ryc. 1 (B. B )).

Następnie obliczenia odbywają się osobno w obu częściach regionu. Odbywa się to w sposób zautomatyzowany i rekurencyjny, więc zasadniczo podział regionu można wielokrotnie powtarzać; Jednak dostępna pamięć i czas komputerowy ograniczy tę możliwość. To samo podejście zostało również zastosowane do segmentowanych układów segmentowych.

Czasami obliczona siatka nie jest zadowalająca, szczególnie w obszarze w pobliżu końcówki narzędzia. Równanie Laplace prowadzi do koordynowania linii przeniesionych od tego regionu. Dlatego preprocesor umożliwia również zastosowanie prostszej techniki siatki, a mianowicie interpolacji transfinitowej [24]. Działa to szczególnie dobrze, gdy układ nie jest silnie zakrzywiony, np. Gdy występuje segmentacja ChIP i każdy segment jest podzielony osobno, jak opisano w następnym rozdziale.

Modelowanie segmentacji układów

Stopy tytanowe tworzą segmentowane wióry przy wszystkich prędkościach cięcia i w wielu różnych warunkach. W tej pracy zakładamy, że segmentacja układów jest spowodowana wyłącznie przez adiabatyczne tworzenie pasma ścinania i że w strefie ścinania nie występuje awaria materiału ani pękanie. Oznacza to, że deformacja jest zawsze elastoplastyczna, a zatem ciągła, ale deformacja może być wyjątkowo silna i prawie nie do odróżnienia od nieciągłego tworzenia DE. Alternatywne podejście opisano w [5, 17,18].

Aby zetkrować segmentowany układ utworzony przez ścinanie, topologia siatki musi zostać zmieniona, jak pokazano na ryc. 2. Tutaj jedna linia elementu w siatce przenosi prawie całą deformację i prowadzi do ostrego narożnika ponownego wbudowanego na tył . Podobnie jak podejście opisane w poprzednim rozdziale, ten narożnik TRANT jest używany do podziału siatki na dwie części, jak pokazano w prawej części rysunku. Ponieważ algorytm remesha wymaga, aby liczba elementów była taka sama w kierunku „pionowym” we wszystkich segmentach (pojawią się inne mądre problemy z udoskonaleniem siatki), wystąpią niektóre pozornie wolne węzły. Stopnie swobody tych węzłów są ustalane przy użyciu ograniczenia liniowego, dzięki czemu zapewniono ciągłość deformacji w węzłach „wolnych”. Należy zauważyć, że linia łącząca narożnik ponownie i strona narzędzia układu jest wybierana wyłącznie geometrycznie, tj. Nie jest zorientowana wzdłuż wzdłuż

Ryc. 2. Remeshing, gdy występuje pasmo ścinające. Nieciągłość z tyłu układu jest usuwana przez wprowadzenie nowych węzłów,

tak, że siatka z czworobokami jest łatwa. Niektóre „wolne” węzły mogą wystąpić w szwie między dwoma regionami z siatki,

Są one ustalone przy użyciu ograniczenia liniowego (patrz ryc. 5 (b)). Zauważ, że gęstość siatki faktycznie stosowana w symulacjach

Sekcja 4 jest znacznie wyższa niż w szkicach pokazanych w tej sekcji.

Pasmo ścinające. Jedną z zalet tej metody jest to, że album jest ona wykorzystywana przez elementy czworobokowe i że można całkowicie zautomatyzować dla dowolnej liczby segmentów.

Wybór typu elementu

W tej symulacji używamy elementów czworobocznych, które mają lepsze właściwości konwergencji niż elementy Triangu Lar. W przypadku w pełni sprzężonej symulacji przy użyciu Abaqusa Remeshing pozwala jedynie na użycie w pełni zwalczanych elementów pierwszego rzędu.

Podobnie jak w przypadku tych elementów, szczepy są ciągłe nad granicami pierwiastków, potrzebna jest wysoka gęstość siatki w obszarach silnych tworzyw sztucznych de Formation w celu rozwiązania dużych gradientów odkształcenia. Ponieważ podczas symulacji należy oczekiwać dużych szczepów z tworzywa sztucznego (bez zmiany objętości), elementy o dodatkowych stopniach swobody są zwykle preferowane w symulacjach cięcia metali. Jednak w dynamicznym przerobieniu systemu ABAQUS (Rezoning) z takimi elementami nie jest możliwe.

Niemniej jednak przeprowadzono kilka symulacji cięcia bez przedziału strefowego w porównaniu z zachowaniem standardowych elementów z elementami z formą hybrydową (przy użyciu dodatkowego stopnia swobody dla ciśnienia). Odchylenia między tymi dwoma typami elementów były zwykle poniżej 1% dla lokalnych wielkości, takich jak deformacja tworzywa sztucznego, naprężenie Mises lub ciśnienie. Tylko w jednym przypadku, w którym element był wyjątkowo zniekształcony (zmiana kąta wewnętrznego większa niż 60 ° w trybie nie ścięcia), w elemencie wystąpiła różnica około 10%; Globalne ilości, takie jak siły cięcia, były mniejsze. Symulacja z remeshingiem, która zastąpiłaby taki element lepszym ukształtowaniem, byłaby jeszcze dokładniejsza. Przyczyną dobrego zachowania standardowych elementów jest prawdopodobnie fakt, że częste remeshing i dobrze zaprojektowana siatka o wysokiej gęstości, która może pomieścić ruch ścinania w strefie ścinania, pozwalają standardowym elementom na reprezentowanie szczepów plastikowych w rozsądnym stopniu.

Aby dalej sprawdzić brak blokowania ścinania, porównanie z symulacją ze elementami o zmniejszonej integracji porównano z jednym z w pełni zintegrowanymi elementami. Niestety w Abaqus nie jest możliwe zastosowanie zmniejszonych elementów integracji z obliczaniem temperatury. Niemniej jednak, stosując krzywą przepływu z tworzywa sztucznego z zmiękczeniem odkształceń, ponieważ w rozdziale 4.1 w tej symulacji powstają segmentowane układy, tak aby można było sprawdzić zachowanie deformacyjne modelu. Porównując w pełni zintegrowane i zmniejszone elementy, stwierdzono, że ogólny wzór formacji DE jest podobny, ale segmentacja jest silniejsza przy użyciu w pełni zintegrowanych elementów. Należy się tego spodziewać, ponieważ elementy te mają więcej punktów integracji, aby lepiej nadają się do rozwiązywania wysokich gradientów podczas procesu remesha. Gdyby obecne było blokowanie ścinania, nie byłoby tak.

Ponadto zbadano również wpływ gęstości siatki, stosując prawo materiałowe bez miękkiego eningu, tak że szerokość pasma ścinania nie jest zniechęcana przez rozmiar elementu. (Ta symulacja zostanie opisana bardziej szczegółowo w innym miejscu [6].) Porównanie dwóch obliczeń z 48 i 64 elementami w kierunku grubości chipów prowadzi do prawie identycznych układów, podczas gdy różnica siły tnącej wynosi <5%. Wreszcie, wykonano również Parison Com Parison z prostym jawnym modelem bez remeshingu i ze zmniejszonymi elementami integracji. Model jawny pokazuje mniejszy stopień segmentacji ChIP i cięcia o około 10% większe niż w modelu ukrytym.

Wybór początkowej siatki

Chociaż samo obliczenie siatki jest dość efektywne z opisanym powyżej algorytmem, nadal jest to nieco kosztowny proces, zwłaszcza że wszystkie dane materialne muszą być interpolowane z punktami integracji nowej siatki.

Zatem opisane poniżej, należy wykonywać tak rzadko, jak to możliwe.

Potrzeba częstego remesha można zmniejszyć, jeśli elementy w siatce nie zniekształcają zbyt szybko w trakcie symulacji. Można to osiągnąć poprzez podpisanie siatki w taki sposób, aby kształt elementów w strefie ścinania stał się bardziej zamiast mniej regularny. Ryc. 3 (po lewej) pokazuje, w jaki sposób linie siatki powinny leżeć w obszarze zdeformowanego układu. Aby uzyskać elementy o tym kształcie podczas symulacji, siatkę na niezakłóconym materiale musi zostać wypacza. „Mapowanie wsteczne” od zdeformowanej do niezakłóconej struktury odbywa się heurystycznie: zakładając, że grubość wiórów jest podobna do głębokości cięcia, siatka, jak pokazano na ryc. 3 (po prawej), będzie miała pożądane właściwości. Podział zarysu regionu Chip na cztery części został wykonany w taki sposób, aby zapewnić, że przynajmniej w przybliżeniu cztery części będą odpowiadały czterem obszarom powierzchniowym już utworzonym układie. Jeśli nie wystąpi silne wydłużanie lub skrócenie wiórów, położenie czterech linii można łatwo obliczyć na podstawie głębokości cięcia.

Ta metoda siatki powoduje niewielką liczbę wypaczonych elementów. Zwykle leżą one jednak w regionie, w którym nie występują silne gradienty deformacji i naprężeń, a zatem nie wpływają na ogólny wynik w sposób negatywny.

Niektóre symulacje zostały przeprowadzone z modelem opartym na tej samoprojektującej siatce bez potrzeby rekultywacji podczas symulacji. W przypadku symulacji pełnego problemu, w tym segmentacji ChIP, remeshing jest obowiązkowy.

Ryc. 3. Projektowanie początkowej siatki z elementami poprawy kształtu. Najpierw zaprojektowano siatkę dla zdeformowanego układu.

Według obliczeń z tego kształtu osiągnięto początkowy kształt siatki, w którym kształt elementu poprawi deformację.

Grubość wiórów określa punkt końcowy górnej powierzchni.

Remeshing

Zastosowana technika remesha jest podobna do tak zwanej arbitralnej metody Langrangian -Euleian opisanej w [4]. Podczas symulacji występuje remeshing, jeśli wystąpią albo problemy z konwergencją z powodu silnie zdeformowanych elementów lub jeśli narzędzie rozwinęło się o określoną odległość. Zarys regionu materiałowego jest następnie przechowywany, a nowa siatka jest obliczana w tym regionie, który jest topologicznie równoważny starej siatce, ale bardziej regularny. Obliczenia to odbywa się przy użyciu algorytmu opisanego w sekcji 3.1. Następnie stare dane rozwiązania (parametry materiału lokalnego, takie jak szczepy tworzyw sztucznych, temperatura itp.) Są interpolowane na nowej siatce. Ten ostatni krok może być wykonywany automatycznie przez Abaqus.

Podstawowy algorytm rekultywa przebiega w dwóch krokach [2]. W pierwszym etapie wartości wszystkich zmiennych roztworu są uzyskiwane w węzłach starej siatki przez ekstrapolację tych wartości z punktów integracji i uśrednianie wszystkich elementów sąsiadujących z każdym węzłem. W drugim etapie punkty integracji nowej siatki są zlokalizowane, a zmienne interpolowane z węzłów w starej siatce do punktów integracji w nowej siatce. Z powodu tej techniki można oczekiwać pewnej nieciągłości, a wykonane uśrednianie może prowadzić do niewielkiego osłabienia silnych gradientów w roztworze. Dlatego drobne siatki w strefie ścinania jest obowiązkowe. W poniższych symulacjach ostrożnie sprawdzono, że silne gradienty były tylko lekko osłabione podczas etapu remesha, tj. Wykresy konturowe ilości, takie jak deformacja tworzywa sztucznego, była prawie nie do odróżnienia, a szerokość strefy ścinania tylko nieznacznie wzrosła.

Szczegóły siatki przed i po etapie remesha pokazano na ryc. 2; Tam gęstość siatki była pomarszczona podczas remeshingu. Ryc. 4 pokazuje kolejny przykład dla przypadku ciągłego układu o niższej gęstości siatki. Można wyraźnie zobaczyć, w jaki sposób zniekształcone elementy są zastępowane przez bardziej regularnie kształtowane.

Specjalna trudność pojawia się w zakresie przerobienia powierzchni kontaktowych narzędzi i narzędzia - algorytm kontaktu ABAQUS/Standard nie zbiega się, jeśli węzeł pozycjonuje na nowo zarysowanej powierzchni nawet nieznacznie od starych wartości [1]. Należy zachować szczególną ostrożność, aby nowe i stare węzły na powierzchniach kontaktowych dokładnie się pokrywają, jak można zobaczyć, np. Z ryc. 4.

Ryc. 4. Opłata regionu ChIP przed i po przerobieniu dla ciągłego układu o niskiej gęstości siatki.

Nowa siatka jest bardziej regularna, szczególnie w strefie ścinania, w której występują wysokie gradienty

Potrzeba udoskonalania siatki

Już stwierdzono, że wymagana jest bardzo drobna siatka w strefie ścinania w celu rozwiązania występującego naprężenia i gradientów odkształcenia. Potrzebne są elementy o długości krawędzi rzędu 1 lm. Korzystanie z elementów tej wielkości w całej siatce wymagałoby zastosowania ponad 100 000 elementów, co jest bardzo wysokie, ponieważ obliczenia ma być wykonywane na standardowej stacji roboczej i wymaga kilkuset lub nawet tysięcy przyrostów czasu, aby utworzyć układ.

W miarę wykonywania remeshhingu podczas symulacji w celu zapewnienia dobrze kształtowanych elementów, to remeshing można również użyć do utworzenia strefy udoskonalania siatki w strefie ścinania. Strefa ścinania porusza się przez materiał, więc strefa udoskonalania musi odpowiednio zmienić swoje miejsce.

Powszechnie stosowane są dwie techniki udoskonalania: pierwsze to geometryczne udoskonalenie przy użyciu elementów trapezoidalnych (na siatce kwadratowej) w celu dopasowania do drobniejszego obszaru siatki (patrz ryc. 5 (a)). Takie podejście ma przewagę, że kąty w elementach trapezoidalnych są tylko połową kadłubowych kwadratów. Jeśli mapowanie jest wykonywane na zniekształconym regionie, aby kąty elementów były mniejsze niż 90 °, metoda ta może prowadzić do bardzo małych wewnętrznych kątów elementów trapezoidalnych.

Alternatywnym podejściem jest bezpośrednio udoskonalenie siatki, jak pokazano na ryc. 5 (b). Ta siatka narusza warunek, że wolne węzły nie muszą wystąpić w siatce. Aby to obejść, stopnie swobody pozornie wolnych węzłów są obliczane przez interpolację liniową z sąsiednich węzłów. Ta metoda jest zalecana w [1] i jest stosowana do tej symulacji.

Dzięki tej technice udoskonalania można łatwo utworzyć silne udoskonalenie siatki w strefie ścinania. Ryc. 6 pokazuje taką siatkę dla ciągłego procesu cięcia z długościami krawędzi elementu w strefie ścinania osiem razy

Ryc. 6. Przegląd pełnego modelu elementu skończonego z silnym udoskonaleniem siatki w strefie ścinania.

Koniec układu może być grubszy niż strefa ścinania, ponieważ brak odkształcenia plastikowego

wystąpi tam. Patrz ryc. 11, aby zapoznać się z segmentowym układem.

Mniejsze niż te daleko od niego. Ta metoda podnosi liczbę elementów o dziesięć lub więcej, a zatem prowadzi do ogromnego oszczędności czasu komputera. W przypadku dużych odkształceniach plastycznych strategia udoskonalania siatki może prowadzić do blokowania elementów. Ponieważ strefa udoskonalania była zawsze wybrana, aby była daleko od strefy ścinania, gdzie nie występuje odkształcenie plastyczne, to

nie jest problematyczne dla tej symulacji.

Modelowanie rozdziału materiałów

Ważnym aspektem symulacji cięcia metali jest prawidłowe modelowanie separacji materiałów przed narzędziem. Możliwe podejścia są albo predefiniowanie linii separacji, a następnie oddzielenie węzłów na tej linii, gdy osiągnięte jest określone kryterium lub zastosować bardziej elastyczne podejście, w którym linia separacji jest określana przez kryterium fizyczne, które może wykorzystać kryterium naprężenia krytycznego lub Model uszkodzeń w celu ustalenia separacji. To ostatnie podejście, choć bliższe rzeczywistości fizycznej, ma wadę, że jest bardziej skomplikowana do wdrożenia i wyboru prawidłowego kryterium separacji materialnej. Zwłaszcza w kryteriach niezawodnych reżimu o wysokiej prędkości nie są znane. Możliwe jest również trzecie podejście: nie można przeprowadzić prawdziwego rozdziału materiałów, a proces obróbki jest uważany za proces czystego deformacji, podobny do kucia. Do tej symulacji zastosowano dwa modele w celu sprawdzenia wpływu kryteriów separacji na wyniki.