ABAQUS切削仿真技术概述

一、仿真软件的选择

目前常用的切削仿真软件主要包括Abaqus、LS-Dyna、Defrom和Advantedge四种

Abaqus的优势在于强大的非线性处理能力，能通过热力耦合分析步直接对切削过程进行准确的仿真分析。同时，Abaqus是目前国际上使用最多的通用仿真软件，网络上有许多利用子程序和python进行二次开发的资源，学习起来方便。而Advantedge拥有庞大的材料数据库和预设仿真模型，操作十分简单，算是最专业的切削仿真软件了，但缺点也很明显，如果不按它的预设模型进行仿真，结果不一定准确且容易出错。

因此，Abaqus还是相对更好的选择。

二、 稳态和非稳态切削仿真

在Abaqus的Explicit模块下，有两种金属切削仿真的方法，一种是用温度-变形耦合算法，另一种是任意拉格朗日-欧拉算法。前者需要在在变形切屑与非变形切屑之间设置失效层，适用于难切削材料，后者适用于常见材料。

但是只有在二维切削仿真可以灵活的设置失效层单元，而三维仿真时在切削区域进行适当的网格细化即可。

三、 切削仿真的输出结果

Abaqus一般通过分析步设置来输出各种物理量，包括默认勾选的场变量（应力、应变、损伤和各类能量）和自建的历程变量（切削力、动能和内能）。

除去常规输出变量中的切削力、切削温度和切屑形态，Abaqus切削仿真还能间接地输出一些结果。例如，可用已加工表面最外层单元的最高节点位移描述的表面质量；通过刀具应力、摩擦力和接触面变形来判断刀具的磨损状况等。

此外，通过将网格极度细化，表面粗糙度也能进行仿真，效率低的同时效果也非常一般，因此不推荐对表面粗糙度进行仿真。

四、 常见的问题

在仿真的过程中，初学者一般会遇到任务报错、单元畸变、不产生切屑、仅切到表面单元和切屑形态不理想等问题（我基本都采坑了）。这类问题产生的原因很多，但是根本原因分为两类，首先是基础模型有问题，其次是调节参数有问题。

基础模型的问题一般出在基础参数和接触设置。材料参数中的基本参数一定要保证数值和单位的正确。同时，切削深度、切削速度等工艺参数不合理也会导致相关问题的产生。而接触设置不恰当是导致仅切到表面单元的主要原因，Abaqus中的接触方式主要包括面面接触和通用接触。强烈建议大家使用Abaqus 2019以上版本的通用接触，在操作简便的同时能够有效解决面面接触无法彻底避免工件自侵蚀的情况。但值得注意的是，通用接触中的all with self适用于单元无损伤的情况，selected surface pairs用于单元有损伤的情况，需要选用第二种接触形式。此外，一定要勾选分析步产输出中的状态，不然不会发生材料的断裂。

Abaqus切削仿真的调节参数有失效位移和断裂能，调节参数直接决定着仿真结果的准确性，十分重要。由于断裂能涉及的变量过多，计算不变，一般建议使用失效位移。失效位移由最小网格尺寸和材料的断裂应变共同决定的，但仿真一般可根据经验，将失效位移设置为最小网格尺寸的0.5~0.8，然后根据输出结果对比实验调试。而最小网格尺寸和切削深度/吃刀量有关，取0.1~0.2都可。

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