[發明專利]一種基于ABAQUS的蜂窩復合材料超聲切削過程仿真方法

在審

• 申請號: 202010058722.8
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111090962A
• 公開（公告）日: 2020-05-01
• 發明（設計）人: 姚宿芳;胡小平;于保華;王根;俞浩峰
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

本發明公開了一種蜂窩復合材料超聲切削過程仿真方法，包括：S11.建立蜂窩復合材料超聲切削過程的蜂窩材料層狀模型和刀具模型；S12.通過ABAQUS仿真軟件分別對建立的蜂窩材料層狀模型和刀具模型定義材料屬性；S13.通過ABAQUS仿真軟件分別對建立的蜂窩材料層狀模型和刀具模型進行網格劃分；S14.對蜂窩材料層狀模型和刀具模型進行裝配、定位；S15.設置蜂窩材料層狀模型各層之間的約束及蜂窩材料模型和刀具模型之間的約束；S16.根據超聲切削運動特征創建分析步及輸出變量；S17.根據刀具模型相對蜂窩材料模型的運動特性設置邊界條件和施加載荷；S18.將通過步驟S11?S17處理的蜂窩復合材料超聲切削過程的仿真模型提交至ABAQUS仿真軟件的求解器中進行求解運算，得到運算結果。

技術領域

本發明涉及航空航天、汽車、船舶等技術領域，尤其涉及一種基于ABAQUS的蜂窩復合材料超聲切削過程仿真方法。

背景技術

Nomex蜂窩復合材料是由芳綸紙浸漬酚醛樹脂后仿照自然界蜂巢形狀制造而成的一種人造正六邊形的具有正交各向異性的材料，重量輕、比強度和比剛度高、自熄性好、絕緣性能和化學特性優良的材料特點使得它成為航空航天、汽車、船舶等領域中不可缺少的重要材料之一，而且應用范圍越來越廣泛。但Nomex蜂窩復合材料是難加工材料，用傳統高速銑削方法加工存在表面質量粗糙、加工效率低、粉塵纖維參雜嚴重、影響加工人員身體健康等弊端。超聲輔助加工具有的低切削力、低功率、斷續切削等優勢使超聲加工技術加工蜂窩材料成為主流技術。

超聲輔助加工在難加工材料領域是一項高效、精確的加工手段，它增大了Nomex蜂窩復合材料的應用范圍。超聲加工能夠有效減小切削過程中產生的切削力和切削熱、改善蜂窩材料表面質量、提高切削效率。雖然超聲輔助加工有很多優點，但還需要對加工工藝進一步優化，提高加工水平，進而增加蜂窩復合材料的研發和生產，加速我國航空航天、船舶及國防事業的發展。實現這些目標就要對切削力、刀具與蜂窩材料的接觸特征、材料的破損機理等進行更加深入的研究。目前，很多學者使用實驗手段進行了超聲加工蜂窩材料工藝的優化，但這些都是基于大量的實驗進行的，實驗的成本較高，并且實驗過程中刀具和材料的接觸界面特征、材料的微觀破損表面都無法呈現。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的缺陷，提供了一種基于ABAQUS的蜂窩復合材料超聲切削過程仿真方法，通過仿真手段研究則能夠有效彌補超聲切削實驗本身的缺憾；且有限元仿真不僅可以直觀、形象地呈現超聲切削過程中刀具和Nomex蜂窩材料接觸的界面特征，而且能夠實時、方便地獲取超聲切削過程中的切削力，基本可以預測整個切削加工過程；對Nomex蜂窩材料超聲切削過程的切削工藝參數優化、裝備開發以及專用刀具研究都具有重要意義。

為了實現以上目的，本發明采用以下技術方案：

一種基于ABAQUS的蜂窩復合材料超聲切削過程仿真方法，包括步驟：

S1.建立蜂窩復合材料超聲切削過程的仿真模型；其中，所述仿真模型包括蜂窩材料層狀模型和刀具模型；

S2.通過ABAQUS仿真軟件分別對建立的蜂窩材料層狀模型和刀具模型定義材料屬性；

S3.通過ABAQUS仿真軟件分別對建立的蜂窩材料層狀模型和刀具模型進行網格劃分；

S4.對所述劃分好網格的蜂窩材料層狀模型和刀具模型進行裝配、定位；

S5.設置所述蜂窩材料層狀模型各層之間的約束以及蜂窩材料模型和刀具模型之間的約束；

S6.根據超聲切削運動特征創建分析步及輸出變量；

S7.根據所述刀具模型相對蜂窩材料模型的運動特性設置邊界條件和施加載荷；

S8.將所述通過步驟S1-步驟S7處理的蜂窩復合材料超聲切削過程的仿真模型提交至ABAQUS仿真軟件的求解器中進行求解運算，得到運算結果。