LS-DYNA模拟金属切削加工：应力、应变与温度分析

"基于LS-DYNA的金属切削加工有限元分析 (2008年)，作者：宿崇, 侯俊铭, 朱立达, 王宛山，东北大学机械工程与自动化学院" 本文详细探讨了利用有限元法(Finite Element Method, FEM)对金属切削加工过程进行模拟分析的研究。研究中，研究人员使用了LS-DYNA这一高级动态非线性有限元软件，该软件在模拟复杂物理现象方面表现出色，尤其适用于金属切削这类瞬态、非线性的问题。 在金属切削过程中，切屑的形成是研究的重点之一。根据模拟结果，切屑是由切削层材料受到刀具前刀面的挤压，沿着一个特定的斜面发生剪切滑移而产生的。这一发现揭示了切削过程中材料变形的机制，对于理解切削力学有重要意义。 研究还观察到，当切削进入稳定阶段后，材料的最大等效应力趋于稳定，会在某一数值附近波动。这种应力变化反映了切削过程中刀具与工件相互作用的动态平衡状态，有助于优化刀具设计和切削参数以减少工件变形和工具磨损。 此外，钝圆半径的挤压被发现在成形表面上产生了残余应力。这些残余应力可能会导致工件的尺寸稳定性下降，影响产品质量，因此在工艺设计时需考虑如何减轻或消除它们。 切削热的分布情况也是分析的重要部分。模拟显示，大部分切削热集中在切屑上，且切屑的温度从底层到外层逐渐降低。这一发现强调了切屑在切削过程中的热量传递作用，对于冷却液的使用和切削热管理策略的制定具有指导价值。 通过使用有限元分析，该研究克服了传统实验方法的繁琐和耗时，为金属切削原理的深入研究和切削加工工艺的优化提供了高效的方法。这种方法不仅有助于理解切削过程中的物理现象，也为实际生产中的工艺改进和工装设计提供了理论依据。 关键词涉及金属切削、有限元法、残余应力和切削温度，表明研究涵盖了金属切削工艺的关键要素，并通过有限元模拟进行了深入探讨。该研究对于提高金属切削效率、减少能耗和提升产品质量具有重要实践意义。