[发明专利]一种切削纤维增强复合材料切屑形成的仿真方法

权利要求书

1.一种切削纤维增强复合材料切屑形成的仿真方法，其特征是，仿真方法运用有限元仿真技术，通过对工件和刀具进行二维宏观建模，使用虑及损伤的本构关系，并引入最大刚度退化系数，利用Hashin失效准则作为计算材料开始失效的判据，方法的具体步骤如下：

步骤1：创建几何模型，采用二维等效均质(EHM)建模方法，工件为二维变形体，且由于不考虑刀具变形，刀具为刚体；

步骤2：运用四面体结构性网格生成方式，并定义单元类型为线性平面应力单元，设置最大刚度退化系数为d_最大：

式中，δ_eq为等效应力，为起始等效应变，为材料破坏应变，取最大刚度退化系数为：d_最大＝0.7；

步骤3：工件材料选为线弹性材料，并采用虑及损伤的本构；失效准则为Hashin失效准则，设定沿纤维方向以及垂直于纤维方向的拉压强度；以断裂能作为最终失效判据，即材料达到设定断裂能，单元失效删除；最终定义纤维方向，分别定义纤维方向角度θ＝0°，45°，90°，135°四种典型纤维角度，完成工件材料定义；

其中，所述的虑及损伤的本构模型为：

ϵ1ϵ2γ12=11-df00011-dm00011-ds1E1-υ12E10-υ12E11E20001G12σ11σ22τ12---(2)]]>

式中，ε₁，ε₂，γ₁₂分别为纤维方向应变，垂直于纤维方向应变和工程剪应变；d_f，d_m，d_s分别为纤维破坏损伤因子，基体破坏损伤因子，剪切破坏损伤因子；E₁为纤维方向弹性模量，E₂垂直于纤维方向弹性模量，G₁₂为剪切模量，υ₁₂为泊松比；σ₁₁，σ₂₂，τ₁₂分别为纤维方向应力，垂直于纤维方向应力和剪应力；

使用的失效准则为Hahsin失效准则，公式如下：

Fft=(σ^11XT)2+α(τ^12SL)2---(3)]]>

Ffc=(σ^11XC)2---(4)]]>

Fmt=(σ^22YT)2+(τ^12SL)2---(5)]]>

Fmc=(σ^222ST)2+[(YC2ST)2-1]σ^22YC+(τ^12SL)2---(6)]]>

式中，分别为纤维拉伸失效，纤维压缩失效，基体拉伸失效，基体压缩失效；X^T，X^C，Y^T，Y^C分别为纤维方向拉伸强度，纤维压缩强度，基体拉伸强度，基体压缩强度；S^L，S^T分别为为沿纤维方向剪切强度和垂直于纤维方向剪切强度；分别为纤维方向应力，垂直于纤维方向应力和剪应力；

步骤4：分别导入网格工件和刀具，进行装配；刀具与工件尽量靠近，但不能相互侵入；

步骤5：定义刀具与工件之间的接触方式，首先定义接触属性，摩擦类型为库伦摩擦，切向接触方式定义为罚接触，摩擦系数为0.4，法向接触方式定义为硬接触；刀具与工件接触类型为面点接触，即选择刀具外表面和工件切削区的节点作为相互接触对；

步骤6：给定刀具切削速度，并设置工件边界约束；在设置边界约束时，选择工件底边上所有点，限制其6个方向的自由度，工件即被固定；

U_x＝U_y＝U_z＝U_Rx＝U_Ry＝U_Rz＝0

式中：U_x，U_y，U_z分别为沿x,y,z方向移动的自由度，U_Rx，U_Ry，U_Rz分别为绕x,y,z转动的自由度；

步骤7提交任务，分别提交切屑纤维方向角度θ＝0°，45°，90°，135°四种典型纤维角度的仿真切削结果，从而得到不同纤维角度下切屑形式。