搜索陶瓷、玻璃等硬脆材料的本構(gòu)經(jīng)典剖析【轉(zhuǎn)發(fā)】
2017-07-10 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
對碳化硅、藍寶石、石英玻璃、三氧化二鋁等硬脆材料的性能進行切削仿真時,最關(guān)鍵的一個環(huán)節(jié)是選取該類材料的物理本構(gòu)方程以及相關(guān)參數(shù),以下為大家詳細的分析選取方法。
硬脆材料常用的本構(gòu)有三種,分別是:Johnson-Holmquist-Beissel model(JH1)、Johnson-Holmquist model(JH2)和Drucker-Prager model(DP)。其中,JH1本構(gòu)是Johnson, G. R.和Holmquist, T. J.于1993年提出的。2005年,兩位學者又通過Hugoniot(雨果尼奧)極限的方法將等效塑性應力(Mises)進行了歸一化處理,并將JH1本構(gòu)進行了改進,改進后的本構(gòu)就是JH2本構(gòu)。1952 年,D. C. Drucker和 W. Prager 為了研究靜水壓力對材料屈服強度的影響,將 Von-Mises 準則的表達式進行了修正,從而提出了DP本構(gòu)(即D-P 準則),DP本構(gòu)主要用于巖體和土壤等顆粒狀材料的仿真分析。
查閱國內(nèi)外文獻可知,在陶瓷等硬脆材料切削(劃痕)仿真領(lǐng)域最常用的是JH2本構(gòu),因此,以下對JH2本構(gòu)的結(jié)構(gòu)和構(gòu)成情況進行詳細說明。
JH2本構(gòu)包括三個部分,分別是:強度模型、損傷模型和壓力模型。
強度模型部分強度模型的表達式如式(1)所示:
其中,
是等效應力,
是損傷部分的等效應力,
是損傷部分的等效應力,D是損傷變量,
和
的表達式分別如式(2)和式(3)所示:
其中,A、B、C、M、N是材料參數(shù),
是未損傷部分的最大強度極限,
是損傷部分的最大強度極限。
是歸一化的壓力,計算方法如式(4)所示:
其中,P是單元的實際壓力,
是歸一化的最大靜水拉(壓)力,計算方法如式(5)所示:
(5)
其中,T是材料所能承受的最大拉(壓)力。C是應變率相關(guān)參數(shù),
是無量綱的應變率(
,
是等效塑性應變率,
是參考應變率)。
初始損傷參數(shù)ω的表達式如式(6)所示:
其中,
是等效塑性應變增量,
其中,D1、D2是材料參數(shù),
是歸一化的壓力,
是歸一化的最大靜水拉(壓)力,
、
在沒有相變的情況下,壓力-密度關(guān)系方程如式(8)所示:
其中,
,其中
為材料的當前密度,
為材料的參考密度;
為材料參數(shù),其中
,其中
在此過程中,材料的部分彈性能量會轉(zhuǎn)化為潛在的靜水能量,式(9)中的β就是轉(zhuǎn)化的百分比(0<β<1),?U是轉(zhuǎn)化的那部分能量。
以下是ABAQUS軟件中碳化硅材料二維切削仿真的應力云圖和切削力曲線
圖1 碳化硅材料二維車削仿真中的Mises應力(第一幀動畫云圖)
圖2 碳化硅材料二維車削仿真中的Mises應力(第二幀動畫云圖)
圖3 碳化硅材料二維車削仿真中的Mises應力(第五幀動畫云圖)
圖4 碳化硅材料二維車削仿真中的Mises應力(第十幀動畫云圖)
圖5 碳化硅材料二維車削仿真中的Mises應力(第五十幀動畫云圖)
圖6 碳化硅材料二維車削仿真中的Mises應力(第一百幀動畫云圖)
圖7 碳化硅材料二維車削仿真中的切削力曲線
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