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金刚石切割片在LS-DYNA有限元模拟中的石材本构材料选择

【发布时间】2019-7-9 15:19:13 【来源】 【编辑】Admin 【浏览量】

  在机械制造工程领域,随着计算机技术的发展,利用计算机对金刚石切割片切削加工进行有限元模拟得到了广泛应用,通过有限元模拟可以减少实验次数,节省不必要的浪费,为结构几何参数和机械工程加工工艺优化提供理论依据。


  在LS-DYNA有限元模拟中,选择合适的材料模型本构决定了模拟结果的正确性。只有了解损伤变量ω和应变ε之间的关系,才能正确建立石材损伤本构关系,在定义损伤变量ω 时, 采用损伤面积的百分比来定义, 损伤变量和应力、变没有直接关系。 所以在建立石材材料本构模型关系时,必须先建立位 ω、σ、ε三者之间的关系,这个关系可以用应变等效性假设和应力等效性假设来定义。


金刚石切割片在LS-DYNA有限元模拟中的石材本构材料选择


  (1)应变等效假设

  通过有效应力σ~来体现金刚石切割片切割时受损材料的变形行为,损伤材料的本构关系可采用无损伤状态的形式,只需用有效应力σ~替换其中的应力σ。


  (2)应力等效假设

  与应变等效性假设相类似,同样可以提出应力等效性假设,对于受损弹塑材料,是在真实应变 ε作用下受损状态的应力等于有效应变ε~作用下虚拟的无损状态的应力。


金刚石切割片在LS-DYNA有限元模拟中的石材本构材料选择

金刚石切割片在LS-DYNA有限元模拟中的石材本构材料选择


  此试验采用屈服强度准则中的应力失效准则 (Dmcker-Prager 准则)。在 ANSYSLS-DYNA 中选择*MAT-DRUCKER PRAGER模型本构。 这种模型本构主要用于颗粒状材料,如土壤、石材、混凝土,混凝土模型用于表示脆性材料的特性,包括石材和某些陶瓷材料,先容了断裂和压碎选项,用于定义的参数是屈面的岩土参数 (即角摩擦,黏度系数)。修正 Drucker-Prager 屈服面模型可使材表面发生形状扭曲,与现实的石材本构属性相接近。


金刚石切割片在LS-DYNA有限元模拟中的石材本构材料选择


  金刚石切割片在切割石材时, 由于石材为脆性材料, 易发生断裂。 而 LS-DYNA97中的*MAT-DRUCKER-PRAGER 模型本构自身不支撑断裂和侵蚀。为了能够模拟出石材的断裂情况, 需要定义一个失效准则,增加*MAT-ADD-EROSION关键字,可以将断裂、 破碎加入模型中。


  它表示当石材达到某一准则后, 将失效单元或个积分点的质量、 刚度和应力、 应变都设置为零 (或者非常接近于零)。这样使单元在整个计算中不再发挥作用,使得石材的切屑部分从石材结构中退出工作,不再影响整个结构的受力, 石材发生破坏失效,从而使部分切屑从石材本体上分离开来, 形成切削。

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