ABAQUS二次开发在钛合金本构模型中的应用及切削仿真

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钛合金Ti-6Al-4V以其比强度高、耐氧化性好、耐腐蚀性好等特点被广泛应用于航空、航天、化工、机械等众多领域。然而,钛合金Ti-6Al-4V的难加工性制约着其进一步的推广应用,其切削加工机理方面的探索也已经成为了一项研究热点。钛合金Ti-6Al-4V的切削加工过程中伴随着高应变、高应变率和高温的热-力耦合变形,因此,选择合适的本构模型来描述用于钛合金切削的变形行为,进行有限元仿真模拟,对钛合金加工具有重要的指导作用,对提高航空工业的制造水平具有积极的意义。本文考虑到商用ABAQUS有限元软件材料库所包含的本构模型适用性有限的问题,利用VUMAT用户子程序接口对ABAQUS进行二次开发,将JC模型、JCM模型和KHL模型嵌入到主程序中进行使用。VUMAT子程序的编写需要使用FORTRAN编程语言。在开发了VUMAT子程序后,采用铝合金7075材料和钛合金Ti-6Al-4V材料分别建立不同的有限元模型,对比使用VUMAT子程序开发的JC模型和ABAQUS自带的JC模型的仿真结果,验证了子程序编制的正确性。针对钛合金Ti-6Al-4V的正交切削过程进行有限元建模,分别使用JC模型、JCM模型及KHL模型对材料进行定义,得到不同的模拟预测结果。结合有限元仿真的切削条件,设计钛合金Ti-6Al-4V直角切削试验,分别对使用三种本构模型的仿真预测结果进行验证。从切屑形态和切削力方面的进行比较,发现三组本构模型与试验的结果的吻合程度较高,而使用JCM模型和KHL模型的预测比JC模型更加精确,说明JCM模型和KHL模型能够更好地描述钛合金Ti-6Al-4V在切削加工中的变形行为,且本文所编制的VUMAT子程序及建立有限元仿真模型的方法能够准确地对实际加工进行模拟预测。
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