Abaqus铣削仿真深度解析：机加工裂纹分析全流程解读！

7月前浏览3207

本文摘要（由ai生成）：

这篇文档的主要内容是 Abaqus 在机加工仿真中的应用。文档通过一个实际案例，对立铣和卧铣两种加工方式进行了仿真分析，研究了不同铣削深度对加工应力的影响。结果表明，立铣对立筋造成的应力值要大幅大于卧铣，且立铣深度为 5mm 时会在立筋根部产生疲劳裂纹。文档还提供了 Abaqus 仿真分析的学习建议，提出可以通过教材、视频教程等方式进行专项提升，并推荐了相关的职业培训班。

前言

机加工是一个比较复杂的工况。对于机加工的研究，一般分为对刀具的研究和对加工工艺的研究两类。其中对刀具的研究在高校的研究中较为多见。在实际的加工过程中，其实合理的加工工艺同样重要。

由于机加工具有高速的特征，很多感觉上对的事情不一定适用所有工况，本例来源于真实案例，内容分析可能有所不够严谨，但是可以提供一个研究思路。

1、问题描述

在车体某部件的加工过程中，出现了裂纹。对裂纹处进行电镜扫描，可见有疲劳断裂形貌。

图1 电镜扫描图与断裂口形貌图

经过调研发现，此处的加工工艺为铣削成型。具体的加工方式有两种，一种为铣，一种为卧铣。目前的加工方式为立铣。相关的模型如下面两个模型所示：

图2 立铣（左）与卧铣（右）示意图

2、问题研究思路与实现

这是一个典型的铣削成型仿真问题。我们选取了Abaqus作为工具，使用显式求解器进行计算求解。通过对问题的分析，我们选择的分析重点为不同的铣削方式和不同的铣削深度。当然还可以研究铣刀转速等问题，不在本次的研究之内。

主要工况：

立铣不同深度（5mm，10mm，15mm）

卧铣不同深度下（5mm，10mm）

工况-立铣

工况-卧铣

图3 铣削工况示意图

3、结果分析

对结果进行分析。由于云图较多，看其中两个云图，立铣深度5mm和卧铣深度5mm。

图4 立铣（5mm）和卧铣（5mm）云图

图5 立铣（5mm）和卧铣（5mm）动图

可以直观看出，除了切削区域外，最大的应力出现在立筋根部。当采取立铣深度为5mm时候，此处发生开裂现象，其他方法并未开裂。为了避让图4中的开裂区域，我们选择图6中的一排节点定义路径，提取应力。

图6 应力取点及节点编号

分别提取各个节点的最终应力，绘制下图：

图7 五种工况下各节点的应力值

由图7可以看出，最大应力值集中在第6到第8个节点上。对照图6，此处为立筋的根部，亦验证了裂纹的出现位置。由于图7并不能体现在加工过程中的应力变化，所以提取其中的第7个节点，输出在加工过程中的应力变化曲线，如图8。

图8 五种工况下第7节点的应力变化曲线

4、初步结论

1）由于在铣削过程铣头的高频转动，零部件在加工的时候会存在应力高频振荡现象。在T型结构的立筋加工中，应力最大值出现在立筋的根部（近平板处），会在此处产生疲劳裂纹；

2）立铣和卧铣两种加工方式中，立铣对立筋造成的应力值要大幅大于卧铣。尽量避免此种工艺，如有必要，需要对立筋采取额外夹持；

3）立铣的加工深度对立筋根部的应力有较大影响。由于深度即影响了立筋的刚度，又由于切削量的不同影响了切削力的大小，所以切削深度和立筋根部的应力值不是简单的线性关系，实际加工过程中如果确有必要采取此种加工工艺，需要合理定义切削深度。

5、Abaqus几点学习建议

以上案例是Abaqus仿真分析在机加工的应用，作为一款性能全面的结构仿真软件，Abaqus可以应用于很多行业。目前越来越多跨岗位的工程师开始学习仿真分析，然而仿真分析的学习不是一蹴而就，要掌握高效的学习方法。不同的基础的人是不一样的，假如你想学习入门或者进阶提升，我的建议是这样的：

第一步：跟着一些教材完成一两个简单的例题，熟悉熟悉基本操作和基本原理。

第二步：根据自己的研究课题，复习复习各种力学基础知识，在草稿纸上搭建一个合理的力学模型（不用计算出来，用符号代替就行）

第三步：专项增强。针对这些功能，定向性查找教材或者视频教程，专项提升。

第四步：软件功能的掌握。利用第三步和第四步中的知识，将自己的问题进行大幅度的简化，验证自己的思路是没有问题的，边界条件是没有问题的，可以进行计算，计算有结果。

第五步：完成自己的项目，经历了艰辛的收敛调试过程后，获得完美的结果。

编者学习建议：

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