dyna切削仿真

6采 掘本栏目编辑　李文民料为 42CrMo 钢，弹性模量为 212 GPa，泊松比为 0.28，密度为 7850 kg /m 3；硬质合金头材料为 YG 系列硬质合金，弹性模量为 600 GPa，泊松比为 0.22，密度为 14600 kg /m 3。

所研究的 3 种不同形状的截齿结构如图 1 所示。

(a) 截齿 A(b) 截齿 B(c) 截齿 C图 1 不同形状的截齿结构Fig 1 Structure of cutting picks with various shapes在 LS-DYNA 中对截齿进行建模。

采用 3D Solid 164 单元类型和柔性体材料模型 (MAT_PLASTIC_ KINEMATIC) 建立的截齿有限元模型如图 2 所示。

1.2 岩石本构模型在 LS-DYNA 中，利用接触碰撞中的分配参数法、岩石力学和显示动力学等理论，建立岩石截割工况模型。

选取岩石材料模型 13，含失效的弹塑性材料 (MAT_ISOTROPIC_ELASTIC_FAILURE)。

岩石基本参数为[9-10]：岩石密度为 2394 kg /m 3，硬度为 1176 MPa，塑性系数为 3.20，单轴抗压强度为 80 MPa，弹性模量为 8396.3 MPa，泊松比为 0.23。

由于岩石材料的物理机械性质参数在实际中难以获取，工程实践中常用坚固性系数 f 来综合反映岩石抵抗外力破碎能力，并以此推导出岩石的主要力学参数。

前苏联学者给出的坚固性系数 f 与岩石材料的最大抗压强度 f c 的关系为f c ＝10f 。

(1)当等效塑性应变达到失效应变，或当压应力达到失效压力时，材料就失效，即p n +1<p min 或 e e p ff >e m p ax ， (2)式中：p n +1 为 n +1 时刻的应变率参数；e e p ff 为等效塑性应变；p min 、e m p ax 分别为为用户定义的塑性失效应变和失效压力参数。

金属切削理论大作业2017年04月1基于ANSYS金属切削过程的有限元仿真付振彪，2016201064天津大学机械工程专业2016级研究生机械一班摘要：本文基于材料变形的弹塑性理论，建立了材料的应变硬化模型，采用有限元仿真技术，利用有限元软件ANSYS，对二维正交金属切削过程中剪切层及切屑的形成进行仿真。

从计算结果中提取应力应变云图显示了工件及刀具的应力应变分布情况，以此对切削过程中应力应变的变化进行了分析。

关键词：有限元模型；切削力；数学模型；二维模型；ANSYS1 绪论1.1金属切削的有限元仿真简介在当今世界，以计算机技术为基础，对于实际的工程问题应用商业有限元分析软件进行模拟，已经成为了在工程技术领域的热门研究方向，这也是科学技术发展所导致的必然结果。

研究金属切削的核心是研究切屑的形成过程及其机理，有限元法就是通过对金属切屑的形成机理进行模拟仿真，从而达到优化切削过程的目的并且可用于对刀具的研发。

有限元法对切屑形成机理的研究与传统的方法相比，虽然都是对金属切削的模拟，但是用有限元法获得的结果是用计算机系统得到的，而不是使用仪器设备测得的。

有限元法模拟的是一种虚拟的加工过程，能够提高研究效率，并能节约大量的成本。

1.2研究背景及国内外现状最早研究金属切削机理的分析模型是由Merchant [1][2]，Piispanen[3]，Lee and Shaffer[4]等人提出的。

1945 年Merchant 建立了金属切削的剪切角模型，并确定了剪切角与前角之间的对应关系这是首次有成效地把切削过程放在解析基础上的研究，成功地用数学公式来表达切削模型，而且只用几何学和应力-应变条件来解析。

但是材料的变形实际上是在一定厚度剪切区发生的，而且它假设产生的是条形切屑，所以该理论的切削模型和实际相比具有很大的误差。

1951 年，Lee and Shaffer 利用滑移线场(Slip Line Field)的概念分析正交切削的问题。

切削加工过程的仿真方法研究与实现切削加工过程是制造行业中非常重要的一部分，它可以使用许多不同的切削工具和切削方法实现产品的制造，但是，切削加工的过程十分复杂，如何保证产品的质量和精度是制造行业面临的一个重大挑战。

为了解决这个问题，人们发展出了仿真切削加工过程的技术，从而获取更准确的加工参数和精度。

以往，对于切削加工过程的仿真都是采用数学模型的方法，例如切削力学的模型，磨削模型和热磨削模型等等。

这些模型往往是简单的，包括固定参数的方程，但是它也不能完全准确预测实际加工过程中发生的情况。

为此，最近几十年来，仿真切削加工过程的方法已经发展迅速，研究者利用复杂的数字技术来模拟实际加工过程。

本文将着重介绍仿真切削加工过程的方法研究及其实现。

首先，本文介绍仿真切削加工过程的目的，即精确预测切削过程中的参数和精度。

为了实现这一目的，必须采用复杂的数字技术来模拟加工过程中发生的一切。

具体而言，研究者采用计算机辅助设计（CAD）和数字辅助设计（CAM）技术来模拟机床切削过程中发生的一切，比如切削力、温度和振动等。

另外，采用有限元分析技术（FEA）可以准确地计算切削过程中的动力学性能和热传递性能，用来精确预测加工结果。

此外，在切削加工仿真系统中，还可以使用模拟软件来模拟切削工具的刃的运动状态。

使用模拟软件，可以准确地分析切削工具的偏转和漂移，以及刃的振动和腐蚀状况，可以提供更准确的参数和精度。

最后，介绍切削加工过程中使用的数字技术，包括数字控制系统、数控机床和虚拟机床。

数控机床是用于实现数字控制机床加工过程的硬件设备，它可以使用各种控制算法和参数来控制机床的加工过程。

虚拟机床是可以在计算机上仿真的机床，它可以用来模拟切削加工过程中的各种参数，以及改进机床的加工精度。

总之，本文介绍了仿真切削加工过程的方法研究和实现，以精确预测切削加工的参数和精度。

通过使用计算机辅助设计、有限元分析和模拟软件等数字技术，可以准确地模拟出加工过程中发生的一切，确保产品的质量和精度。

在ANSYS Launcher界面中，选择ANSYS Mechanical/LS-DYNA1、菜单过滤Main Menu→Preprocessor→LD-DYNA Explicit→OK2、设置文件名及分析标题Utility Menu→File→change Jobname→2D cutting→New log and error file ：YES→OKUtility Menu→File→change Title→cutting analysis →OK3、选择单元类型Main menu→preprocessor→Element Type→Add/Edit/Delete→Add→2D solid 162→OK→options→选择const.stress ；Lagrangian→OK4、定义材料模型（1）定义刀具材料模型Main menu→preprocessor→Material Props→Material Models→rigid material→输入：DENS：5.2e3 ；EX：4.1e11 ；NUXY：0.3 ；选择“Y and Zdisps” ；“All rota tions”→OK（2）定义工件Johnson-cook材料模型Main menu→preprocessor→Material Props→Material Models→Gruneisen→Johnson-cook→输入：DENS：7.8e3 ；EX：2.06e11 ；NUXY：0.3A：507；B：320；C：0.28；n；0.064；m=1.06D1：0.15；D2：0.72；D3：1.66；D4：0.005；D5：--0.84yangmeng112010-8-30 17:43:435、创建几何模型（1）创建工件模型Main menu→preprocessor→Create→Areas→Rectangle→By Dimensions→输入：X1，X2：0，5；Y1，Y2：0，3→OK（2）创建刀片模型Main menu→preprocessor→Create→Keypionts→In Active CS→依次输入：keypoint number：5，X、Y、Z ：5.1，2.9，0；keypoint number：6，X、Y、Z ：6，3.228，0；keypoint number：7，X、Y、Z ：6，4，0；keypoint number：8，X、Y、Z ：5.294，4，0→OKyangmeng112010-8-30 17:44:006、网格划分（一）（1）对刀片进行网格划分Utility Menu→Select→Entities→Lines ：By Num/Pick→Apply→选取刀片边线→OKMain menu→preprocessor→Meshing→Size contrls→Manualsize→Lines→All lines→NDIV：10→OK（2）对刀尖半圆进行网格划分Utility Menu→Select→Entities→Lines ：By Num/Pick→Apply→选取刀尖半圆→OKMain menu→preprocessor→Meshing→Size contrls→Manualsize→Lines→All lines→NDIV：3→OK（3）确定刀片的单元属性Main menu→preprocessor→Meshing→Mesh Attributes→Picked Aeras→选取刀片→Apply→确定材料号和单元类型号为1→OK（4）刀片网格划分Main menu→preprocessor→Meshing→MeshTool→Mesh：Aeras；shape：Tri；free→Mesh→选取刀片→OK（二）（5）对工件进行网格划分切分工件Utility menu →Workplane→Wp settings→Grid and Triad→Minimum ,maximum:-5,5 ; Spacing:1.0→OK平移和旋转工作平面并用其切分工件Utility menu →Workplane→Offset wp by increm ens→X，Y，Z offsets：0，2.5，0；XY，YZ，ZX angle：0，90，0→OKMain menu→preprocessor→Modeling→operate→Booleans→Divide→Areas by wkplane→选取工件→OK取消工作平面显示Utility menu→workplane→Display workingplane→等分接触区域相关Y向线段Utility Menu→Select→Entities→Lines ：By Num/Pick→Apply→选取工件接触区Y向线段（两条）→OKMain menu→preprocessor→Meshing→Size contrls→Manualsize→Lines→All lines→NDIV：10→OK等分接触区域相关X向线段Utility Menu→Select→Entities→Lines ：By Num/Pick→Apply→选取工件接触区X向线段（两条）→OKMain menu→preprocessor→Meshing→Size contrls→Manualsize→Lines→All lines→NDIV：40→OK等分接触区域不相关Y向线段Utility Menu→Select→Entities→Lines ：By Num/Pick→Apply→选取工件接触区Y向线段（两条）→OKMain menu→preprocessor→Meshing→Size contrls→Manualsize→Lines→All lines→NDIV：25→OK等分接触区域不相关X向线段Utility Menu→Select→Entities→Lines ：By Num/Pick→Apply→选取工件接触区X向线段（底边）→OKMain menu→preprocessor→Meshing→Size contrls→Manualsize→Lines→All lines→NDIV：30→OK确定工件的单元属性Main menu→preprocessor→Meshing→Mesh Attributes→Picked Aeras→选取工件→Apply→确定材料号为2和单元类型号为1→OK工件网格划分Main menu→preprocessor→Meshing→MeshTool→Mesh：Aeras；shape：Quad；mapped→Mesh →选取工件→OKyangmeng112010-8-30 17:44:227、建立partMain menu→preprocessor→LS-DYNA options→part options→create all part→OK(part1:刀具；part2：工件)Plot→parts（不同颜色显示单元）8、定义接触信息Main menu→preprocessor→LS-DYNA options→contact→Define contact→surface to surf；Eroding；静、动摩擦系数为0.15、0.10→OK→弹出contact options对话框，确定接触件（工件），目标件（刀片）→OK9、施加边界条件Utility menu→select→Entities→Nodes :By Location :X Coordinates→Min,Max:-0.01,0.01;From Full→Apply（选中左侧边所有节点）Main menu→preprocessor→LS-DYNA options→Constraints→Apply→on nodes→pick All→All DOF→OKUtility menu→select→Entities→Nodes :By Location :Y Coordinates→Min,Max:-0.01,0.01;From Full→Apply（选中底边所有节点）Main menu→preprocessor→LS-DYNA options→Constraints→Apply→on nodes→pick All→All DOF→OK恢复整个模型的选择Utility menu→select→Everything10、对刀片施加初速度Main menu→preprocessor→LS-DYNA options→Initial Velocity→on parts→w/Nodal Rotate→选择part1，VX：-100→OK恢复整个模型的选择Utility menu→select→Everything11、设置能量控制选项Main menu→Solution→Analysis options→Energy options→打开所有能量控制选项→OK12、设置人工体积粘性选项Main menu→Solution→Analysis options→Bulks viscosity→Quadratic Viscosity Coefficient:1.0→OK13、设置时间步长因子Main menu→Solution→Time controls→Time step ctrls→Time step scale factor:0.6→OK14、设置求解时间Main menu→Solution→Time controls→Solution time→1e-3→OK15、设置结果文件输出步数Main menu→Solution→Output Controls→File output Freq→Number of steps→[EDRST]:50;[EDHTIME]:50→OK16、设置结果文件的输出类型Main menu→Solution→Output Controls→Output File Types→Add：ANSYS and LS-DYNA→OK 17、输出K文件Main menu→Solution→Write jobname.K18、求解Main menu→Solution→Solve19、后处理（暂时不管）。

基于LS-DYNA仿真的射流加工参数分析张文超;武美萍;任仲贺【期刊名称】《表面技术》【年(卷),期】2017(46)10【摘要】目的通过LS-DYNA对磨料射流冲蚀切削进行仿真,研究相关工艺参数对切削参数的影响。

方法采用磨料水射流对Al_2O_3陶瓷进行了单点冲蚀仿真和切削仿真研究,其中水和磨料粒子采用SPH方法建模,氧化铝陶瓷工件采用FEM方法建模,并通过SPH-FEM耦合算法,实现射流冲蚀切削过程的仿真。

结果分析射流冲蚀过程仿真和切削过程仿真可知,射流加工前期,由于射流中磨粒碰撞与反弹,使壁面成不规则"V"型。

初始阶段,切深随计算时间呈线性增加,同时壁面对磨粒产生制约作用,从而使加工处的孔深基本不再增加。

由于磨粒在冲蚀处壁面底部的冲蚀作用,使凹坑底部宽度增加并迅速趋于稳定。

同时切削仿真与冲蚀仿真也存在一定区别,主要由于切削过程设定了移动速度。

结论将仿真结果与实验结果进行比较可知,切削深度随着泵压的增大而成线性增大,切深随磨料流量的增大而增大,随靶距和横移速度的增大而减小。

其中切深与磨料流量、靶距、横移速度均为非线性关系,工件最大切深与计算时间不呈线性关系增长。

【总页数】9页(P268-276)【关键词】磨料水射流;LS-DYNA;SPH-FEM;工艺参数;切削深度【作者】张文超;武美萍;任仲贺【作者单位】江南大学江苏省食品先进制造装备技术重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TH117【相关文献】1.基于ANSYS/LS-DYNA的花岗岩加工微观断裂仿真分析 [J], 齐凤莲;张帼英;赵民2.基于MATLAB的高速铣削力仿真对加工参数的选择分析及系统实现 [J], 苑苓苓;梅文涛3.基于FLUENT的槽型轨道清洗射流的参数优化仿真分析 [J], 李海建; 龙芋宏; 谢勇君; 唐文斌4.基于Fluent的射流曝气头关键结构参数仿真分析 [J], 李东方;黄增阳;许中琛;吴腾飞;祝惠一;姜文雍;陈恩亮5.30CrMnSi不锈钢材料切削加工参数的优化——基于有限元仿真实验的分析 [J], 赵夫超;毕忠梁;杨坤;马希云因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于 ANSYS／LS－DYNA的仿生刀具土壤切削的动力学仿真刘伟奇;陈姣;余奇;钟志超【摘要】在ANAYS／LS－DYNA中建立了普通刀具和仿生刀具的有限元模型，并运用显示动力学分析程序ANSYS／LS－DYNA对两种刀具切削土壤过程进行了数值模拟分析，得到了切削土壤的等效应力分布情况。

结果表明，仿生刀具可以起到减小切削阻力的效果。

%In this paper, the finite element models of the general tools and bionic tools are established in ANAYS /LS-DY-NA, and the numerical simulation analysis on the cutting soil process of these two tools are also made by using the explicit dy-namics to analyze program ANSYS /LS-DYNA, and finally the equivalent stress distribution of cutting soil is obtained.The result shows that bionic tool can reduce the cutting resistance.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2015(000)002【总页数】3页(P71-72,75)【关键词】仿生刀具;有限元模型;切削阻力;动力学分析【作者】刘伟奇;陈姣;余奇;钟志超【作者单位】河海大学机电工程学院，江苏常州213022;河海大学机电工程学院，江苏常州 213022;河海大学机电工程学院，江苏常州 213022;河海大学机电工程学院，江苏常州 213022【正文语种】中文【中图分类】TU411.71 有限元建模［3］1．1 刀具和土体的实体建模本仿真是要对比普通刀具和仿真刀具［1－2］在切削条件相同的情况下，切削阻力大小的情况，因而需要建立普通刀具和仿生刀具两种刀具模型，分别如图1、2所示。

基于ANSYS/ LS-DYNA的金属切削技术研究摘要：运用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对WC硬质合金刀具切削45#钢的过程进行有限元仿真。

分析了建立有限元模型时的关键技术，研究了切削的应力变化过程，并对切削速度、切削厚度和刀具前角对切削力的影响进行了分析，可为金属切削技术的研究提供参考。

关键词：金属切削;应力;切削力0 引言金属切削加工是指利用金属切削刀具从毛坯或半成品上切去多余的材料，从而获得符合预定技术要求的零件或半成品的一种加工技术。

计算机技术的发展推动了金属切削加工模拟技术的进步,有限元法应用于加工过程的模拟,具有动态性、高度非线性等特点。

仿真结果能够达到所需的精度，可靠性高，还能得出许多在试验中很难测量的数据。

本文利用ANSYS/LS-DYAN软件建立金属的正交切削有限元模型，对WC硬质合金刀具切削45#钢的过程进行分析。

1 有限元模型1.1 建立几何模型在ANSYS/LS-DYNA中有Lagrange、Euler和ALE 3种算法，本文采用Lagrange法。

采用这种方法时，物体结构形状的变化和单元网格的变化是完全一致的，材料不会在单元与单元之间发生流动。

在ANSYS的前处理器中建立二维模型，刀具的几何参数为：前角=12°，后角=15°，工件取长15mm，高7mm的矩形。

定义有限单元类型为PLANE162。

1.2 建立材料模型在金属切削过程中，材料的行为是非线性的，工件模型采用Johnson-Cook模型，刀具可看成线性弹性模型。

刀具材料为WC硬质合金，密度为15700kg/m3，弹性模量为652GP a，泊松比为0.22；工件材料为45钢，材料参数如表1。

Johnson-Cook模型如下：1.3 网格划分网格划分是有限元模拟的基础，它关系到有限元计算的速度和精度，以至计算的成败。

将工件进行切分，分为上下两部分，上半部分高3mm，为切削区。

切削区网格进行细分，得到工件的网格数为6000，刀具网格数为400。

基于LS-DYNA的铣齿铣削效率正交仿真分析王延蒙1，2，韩冰冰1，2，黄建华1，2（1. 江苏徐工工程机械研究院有限公司，江苏徐州 221004；2. 高端工程机械智能制造国家重点实验室，江苏徐州 221004）［摘要］在施工过程中影响铣槽机铣齿效率的因素很多，本文采用有限元仿真软件LS-DYNA对铣齿动态铣削过程进行仿真，并对不同切削角、铣削厚度、铣齿宽度、铣削速度及铣齿刃角的铣削阻力和比能耗进行了正交仿真分析。

结果表明，铣齿在铣削过程中铣削阻力呈波动性变化，且垂直方向受力小于水平方向受力；在影响铣削阻力的各因素中，敏感性由大到小依次为铣削厚度、切削角、铣削速度、铣齿宽度和铣齿刃角，其中铣齿刃角对铣削阻力的影响可以忽略；各因素对铣削比能耗的影响差异性较大，可根据实际工况进行正交仿真试验确定各因素的最佳组合，以提高铣齿的铣削效率。

［关键词］铣槽机；铣齿；比能耗；正交仿真；LS-DYNA［中图分类号］TU753 ［文献标识码］A ［文章编号］1001-554X（2020）09-0043-06 Orthogonal simulation analysis on milling efficiency ofcutter teeth based on LS-DYNAWANG Yan-meng，HAN Bing-bing，HUANG Jian-hua铣槽机是目前针对地下连续墙施工最先进的专用设备，因其成槽效率高、成槽深度大、成槽精度高、适应地层地质范围广、对周边环境影响小等优点，被广泛应用于连续墙的建设中。

铣槽机工作时，下方的铣轮在液压泵的驱动下不断铣削岩土。

根据地层的不同，铣轮上可以选择安装不同类型的铣齿。

铣齿主要分为标准铣齿、截齿和滚齿3种，本文主要对标准铣齿进行研究。

标准铣齿作为铣槽机铣削岩石的主要部件，国内外很多学者对其进行了研究分析。

Nidal等［3］建立了三维非线性有限元模型对土壤切削进行了模拟，并通过试验验证了仿真数据的正确性；Moot-az等［4］采用树脂仿真分析了砂土与刀具的接触，考虑了刀具宽度、边界条件以及网格密度对切削力的影响；宋刚［5］对双轮铣槽机铣轮设计进行了研究，并采用ANSYS/LS-DYNA对铣齿的切削角、宽度、切削深度和切削速度进行了单因素仿真，分析了铣齿的受力特征；李万莉［6-7］推导出了双轮铣槽机铣削所需要的扭矩与下压力，并对双轮铣槽机标准铣齿铣削岩土过程进行了仿真分析，得到铣齿铣削岩土时的受力特征；夏毅敏［8］采用有限元软件对盾构刀具切削过程进行了数值模拟分析，研究了切削参数和刀具几何参数对切削的影响规律，为实现切削参数和刀具几何参数的优化奠定了基础。

切削加工过程模拟
切削加工是一个复杂的力学过程，涉及到大变形、高应变率、热效应以及材料的断裂脱离等。

同时还伴随着工作材料、碎片、刀具之间的非线性接触。

目前，越来越多的人正利用有限元技术来模拟切削加工过程，目的是为了改善切削工具，优化切削参数等。

按方程求解的方法不同，有限元技术可以分为隐式法和显式法两种。

根据切削加工的特点，采用显式算法无疑是最合适的。

ANSYS/LS-DYNA是所有目前市场上显式产品的鼻祖和理论基础，是世界上最优秀的显式软件。

ANSYS/LS-DYNA拥有多物质欧拉算法，它的网格是独立于材料的，材料可以在网格中任意流动。

因此能很好地求解高应变率大变形问题，而不会像隐式算法一样难于收敛而终止求解。

此外，它还有ALE（任意欧拉拉各朗日）算法，它的网格和材料是一致的。

但是，在材料大变形时，该算法提供网格不断优化更新功能，使即将发生畸形的网格得到重新划分而不会因为单元的畸变无法求解。

此外，ANSYS/LS-DYNA是所有显式产品中拥有材料模型最多、接触类型最广泛的软件。

ANSYS/LS-DYNA是工程人员模拟切削加工过程的最佳工具。

2007年12月农业机械学报第38卷第12期基于ANSYS /LS -DYNA 的金属切削过程有限元模拟李国和　王敏杰　段春争 【摘要】　利用A N SYS /L S -DY NA 进行了金属切削过程的模拟研究,模拟了切屑的形成过程,得到了变形区应力和应变分布,并研究了残余应力和切削力的变化。

模拟结果表明,在第1变形区和第2变形区,应力、应变较大,且较集中,前刀面的最大应变出现在距刀尖一定距离的地方;在切削过程中,切削力逐渐增大,最后保持在某一个值附近波动,达到稳定状态;在加工表面上存在着残余应力和残余应变,且残余应力和残余应变随着与刀尖和已加工表面之间距离的增大而减小。

关键词:金属切削　有限元模拟　应力　应变中图分类号:T G 501文献标识码:AFinite Element Simulation of the Process of OrthogonalMetal Cutting Based on the ANSYS /LS -DYNALi Guohe Wang M injie Duan Chunzheng(Dalian Univer sity o f Technology )AbstractThe finite element simulation study of metal cutting pro cess has been carried out w ith the finite element so ftw are ANSYS /LS -DYNA .The fo rming process o f chip w as simulated and the distr ibution of strain and stress w as acquired .In addition ,the change of rem nants stress ,strain and cutting force has been studied.The results of simulatio n show ed that the str ain and stress is larger and m ore intense in the first and second deformation zone and the larg est stress o f rake face appeared in position that had a displacement to the too l tip .In the process of metal cutting ,the cutting fo rce has been increased g radually and then held wav e nearby a constant value.T here w er e remnants str ain and stress in the finished surface and the r em nants strain and stress decr eased w ith the distance of too l tip and the finished surface increased .Key words Metal cutting ,Finite element simulatio n ,Stress ,Strain收稿日期:2006-09-05李国和　大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室　博士生,116024　大连市王敏杰　大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室　教授　博士生导师段春争　大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室　讲师 引言为了研究金属切削的机理,使切削参数的选取、刀具的设计更加合理,学者们已经做了大量的研究工作。

基于SPH／FEM耦合算法的土壤切削仿真与研究刘亚超;王秀山;冯敏;张合虎【摘要】ANSYS／LS－DYNA 仿真软件，采用 SPH／FEM 耦合算法模拟旋转刀具切削土壤作业过程。

在 SolidWorks中建立刀具—土壤模型，用ANSYS／LS－DYNA进行前处理，修改K文件建立耦合模型，在LS－PREPOST 中查看LS－DYNA 971求解结果，对数据进行二次处理，分析作业过程能耗变化及应力分布，为后期优化刀具提供依据。

文中土壤本构模型采用 MAT＿147（ MAT＿FHWA＿SOIL ）材料，对材料屈服准则进行详细阐述，相比标准 Mohr－Cou-lomb屈服准则，修改后的Mohr－Coulomb 屈服准则引入了修正系数 Ahyp ，分析了Ahyp 取值对屈服面的影响，得出Ahyp 与土壤内聚力和内摩擦角关系；阐述SPH 算法和 SPH／FEM 耦合算法，分别用 FEM 算法、SPH 算法和 SPH／FEM耦合算法模拟土壤切削过程。

结果表明：在土壤切削前期，网格没有发生畸变时，3种方法模拟结果相近，随着有限元网格发生畸变，FEM 算法产生了误差，验证了SPH／FEM 耦合算法在土壤切削仿真过程中的可行性与准确性。

%Ab stract:In this paper , based on ANSYS/LS-DYNA ,The SPH/FEM coupling algorithm are adopted to simulate the rotary cutter cutting soilprocess ,tools-soil model is established in the SolidWorks , Before processing in the ANSYS/LS-DYNA and the mod-el is set up by mod-ifeied the K file ,check the LS-DYNA971 results and the datais secondary pro-cessing by th-e LS-PREPOST , analysis of process energy consumption ch-ange and stress distribution , provide the basis for later optimizationtool;The soil constitutive model adopts MAT_147 ( MAT_FHWA_SOIL ) materials , the material yieldc-riterion are expounded in details ,co-mparewith the standard mohr-coulomb , Ahyp correction coefficient is intro-duced of The modified mohr-coulomb , analyzed the Ahyp values influence on the yield surface , Ahyp relationship with cohesion and internal friction angle are presented also;Explain SPH algorithm and SPH/FEM coupling algori-thm, using FEM algorithm respectively , SPH algorithm and SPH/FEM coupling algorithm to simulate the soil cutting process ,the re-sults show that in the early stage of the soil cutting , gridwithout distortion occurs , three ways of the simulation results , the finite element mesh distort on caused by FEM algorithm error , thus in SPH/FEM coupling algorithm is verified the feasibility and accuracy in the process of soil cutting simulation .【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2017(039)007【总页数】8页(P21-27,33)【关键词】ANSYS/LS-DYNA;SPH/FEM 耦合算法;旋转刀具;土壤切削【作者】刘亚超;王秀山;冯敏;张合虎【作者单位】河南农业大学机电工程学院，郑州 450000;河南农业大学机电工程学院，郑州 450000;河南农业大学园艺学院，郑州 450000;河南农业大学机电工程学院，郑州 450000【正文语种】中文【中图分类】S224.1目前，我国农业生产的除草方式主要为化学除草，长期使用化学除草危害性非常大，导致杂草抗药性增加、土壤生态环境恶化和各种灾害频发等，这与我国人民日益追求的绿色健康生活形成了突出的矛盾。