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第1章 金属切削过程基本规律及研究方法 1

1.1切削运动和切削用量 1

1.2切削变形区 2

1.3切屑的形成 3

1.3.1切屑的形成过程 3

1.3.2切屑的类型 4

1.3.3研究切屑的方法 5

1.4切削力 6

1.4.1切削力的来源 7

1.4.2影响切削力大小的主要因素 7

1.4.3切削力的研究方法 8

1.5切削热和切削温度 9

1.5.1切削热的产生和传出 10

1.5.2影响切削温度的主要因素 10

1.5.3切削热和切削温度的研究方法 11

1.6已加工表面质量 12

1.6.1已加工表面粗糙度 13

1.6.2表层材质变化 14

1.6.3已加工表面质量的研究方法 15

1.7本章小结 16

参考文献 16

第2章 金属切削过程有限元仿真技术 18

2.1有限元法的基本思想 18

2.2有限元法的一般分析流程 18

2.3有限元分析的基本步骤 23

2.4有限元分析的基本假设 23

2.5有限元分析计算成本估计和结果评价 25

2.6有限元技术在金属切削研究中的应用 26

2.6.1金属切削研究中常用的有限元分析软件 26

2.6.2有限元仿真技术在金属切削过程中的应用 28

2.7本章小结 30

参考文献 30

第3章 基于Abaqus的金属切削过程有限元仿真 32

3.1前处理 32

3.1.1部件模块 34

3.1.2属性模块 37

3.1.3装配模块 40

3.1.4分析步模块 41

3.1.5相互作用模块 42

3.1.6载荷模块 43

3.1.7网格模块 44

3.2模型的提交与运算和后处理 46

3.2.1模型的提交与运算 46

3.2.2后处理 48

3.3基于Abaqus的金属切削过程仿真应用实例 49

3.3.1Module：Part（部件） 50

3.3.2Module：Proper（创建材料属性） 52

3.3.3Module：Assembly（装配） 58

3.3.4Module：Step（分析步） 59

3.3.5Module：Mesh（网格） 61

3.3.6Module：Interaction（接触） 64

3.3.7Module：Load（载荷） 68

3.3.8Module：Job（作业） 69

3.3.9Module：Visualization（后处理） 70

3.4本章小结 74

参考文献 75

第4章 金属切削加工仿真常用的本构模型 76

4.1切削过程金属变形分析 76

4.1.1切削金属材料变形的物理性质 76

4.1.2切削过程中材料的塑性变形 78

4.2弹塑性材料本构模型 79

4.2.1幂函数形式的本构方程 79

4.2.2Johnson-Cook本构方程 80

4.2.3Zerilli-Armstrong本构方程 80

4.2.4Bodner-Parton本构方程 81

4.2.5常用本构模型的应用和对比 81

4.3Johnson-Cook本构方程参数及其求解过程 81

4.4淬硬钢准静态压缩试验 86

4.4.1Cr12MoV模具钢的材料属性 86

4.4.2试验设备选择和试验试样的制备 87

4.4.3准静态压缩试验结果分析 88

4.5Cr12MoV模具钢的动态力学性能试验 88

4.5.1霍普金森压杆试验原理 89

4.5.2霍普金森压杆试验 89

4.5.3霍普金森压杆试验结果 91

4.6Johnson-Cook本构模型系数敏感性仿真分析 93

4.7材料本构参数对锯齿形切屑形成影响的仿真分析 96

4.7.1锯齿形切屑的表征 96

4.7.2材料本构参数的仿真分析 99

4.8本章小结 101

参考文献 101

第5章 Abaqus网格及接触摩擦处理技术 103

5.1网格划分技术 103

5.1.1网格种子 103

5.1.2网格单元 105

5.1.3网格划分技术分类及举例 112

5.1.4网格划分问题处理 114

5.2接触属性设置技术 116

5.2.1定义接触面 116

5.2.2设置接触对 118

5.3接触属性 120

5.3.1切向接触 121

5.3.2法向接触 122

5.3.3热传递 122

5.3.4热生成 122

5.4刚体约束 123

5.5本章小结 124

参考文献 124

第6章 基于Abaqus的稳态切削过程仿真 125

6.1二维稳态切削过程仿真 125

6.1.1仿真模型的转化 125

6.1.2有限元仿真模型的建立 125

6.1.3切屑的形成过程 127

6.1.4应力场分析 128

6.1.5切削温度分析 128

6.1.6不同刀具参数对切削力的影响分析 129

6.1.7仿真结果验证 131

6.2三维稳态切削过程仿真 132

6.2.1有限元仿真模型的建立 133

6.2.2切屑的形成过程 133

6.2.3切削力分析 134

6.2.4切削温度分析 134

6.2.5仿真结果验证 135

6.3本章小结 136

参考文献 136

第7章 基于Abaq us的非稳态切削过程仿真 138

7.1非稳态切削仿真实现手段 138

7.1.1Abaqus/Explicit显式算法 138

7.1.2动态分析程序设置 138

7.1.3稳定性限制 139

7.1.4Abaqus/Explicit中的单元失效模拟 139

7.1.5有限元模型的质量放大 140

7.1.6准静态分析过程中的质量放大 141

7.2二维非稳态切削过程仿真 143

7.2.1有限元仿真模型的建立 143

7.2.2切屑的形成过程 144

7.2.3不同刃口对切削力的影响分析 144

7.2.4不同刃口对切削温度的影响分析 145

7.2.5不同刃口对已加工表面残余应力影响分析 146

7.2.6仿真结果验证 147

7.3非稳态切削过程三维有限元仿真 147

7.3.1有限元仿真模型的建立 148

7.3.2切屑的形成过程 148

7.3.3锯齿形切屑形成过程的温度场分析 149

7.3.4切削力的历程输出 149

7.4本章小结 150

参考文献 150

第8章 基于Abaqus的三维铣削过程仿真 151

8.1建立成形铣刀几何模型 151

8.2建立有限元仿真模型 151

8.2.1材料及刀具特性 151

8.2.2有限元仿真模型建立的过程 152

8.3切屑的形成过程 162

8.4铣刀结构对铣削力的影响 163

8.4.1铣刀齿数对铣削力的影响 163

8.4.2铣刀螺旋线旋向对铣削力的影响 165

8.4.3铣刀等齿距与不等齿距对铣削力的影响 166

8.5铣削试验与结果分析 167

8.5.1试验条件 167

8.5.2单因素试验设计 168

8.5.3铣刀齿数对铣削力及振动的影响 169

8.5.4铣刀螺旋线旋向对铣削力及振动的影响 170

8.5.5铣刀等齿距与不等齿距对铣削力及振动的影响 171

8.6有限元仿真结果精度的验证 173

8.7本章小结 174

参考文献 174

第9章 切削过程刀具磨损的有限元仿真 176

9.1刀具磨损形式 176

9.1.1正常磨损 176

9.1.2非正常磨损 177

9.2刀具磨损过程 177

9.2.1初期磨损 178

9.2.2正常磨损 178

9.2.3剧烈磨损 178

9.3刀具磨损研究 179

9.3.1PCBN刀具磨损机理研究 179

9.3.2切削条件对刀具磨损影响的研究 182

9.3.3刀具磨损对切削过程影响的研究 184

9.4刀具磨损的预测 189

9.4.1刀具磨损率模型的选择 190

9.4.2基于有限元法刀具磨损计算程序设计 191

9.4.3计算前、后刀面节点位移 197

9.4.4更新刀具几何形状 199

9.5本章小结 199

参考文献 200

第10章 基于Abaq us的参数化建模及切削工艺优化 201

10.1Abaqus的二次开发简介 201

10.1.1Abaqus二次开发语言及途径 203

10.1.2Python语言在Abaqus中的应用 203

10.2切削过程有限元参数化建模 206

10.2.1参数化技术概述 206

10.2.2自定制切削参数化界面的实现 206

10.2.3Abaqus中切削模型参数化的实现步骤 207

10.3基于有限元仿真的切削工艺优化控制研究 212

10.3.1优化算法介绍 212

10.3.2切削仿真优化设计的数学模型 216

10.3.3Abaqus与iSIGHT联合仿真技术 218

10.3.4切削工艺优化及试验验证 221

10.4本章小结 224

参考文献 224

第11章 有限元软件仿真结果对比 226

11.1Deform介绍 226

11.1.1Deform主要功能介绍 226

11.1.2Deform-2D、Deform-3D介绍 227

11.1.3Deform主窗口介绍 228

11.1.4Deform的特性分析 236

11.2Third Wave AdvantEdge介绍 236

11.2.1Third Wave AdvantEdge主要功能介绍 237

11.2.2Third Wave AdvantEdge主要窗口介绍 238

11.2.3Third Wave AdvantEdge主要模块 240

11.2.4Third Wave AdvantEdge的特性分析 251

11.3二维切削过程仿真模型的建立 251

11.3.1二维切削过程仿真 251

11.3.2二维切削过程仿真结果的比较 252

11.4三维切削过程仿真模型的建立 254

11.4.1三维切削过程仿真 254

11.4.2三维切削过程仿真结果的比较 255

11.5本章小结 257

参考文献 257