PL EN


Preferencje help
Widoczny [Schowaj] Abstrakt
Liczba wyników
Tytuł artykułu

An efficient implementation of boundary conditions in an ALE model for orthogonal cutting

Treść / Zawartość
Identyfikatory
Warianty tytułu
PL
Efektywne sformułowanie warunków brzegowych w modelowaniu procesu skrawania we współrzędnych Lagrange-Eulera (ALE)
Języki publikacji
EN
Abstrakty
EN
Prediction of machining-induced residual stresses is an interesting objective in the field of modelling manufacturing processes. Although Finite Element Analysis (FEA) has been widely used for this purpose, many problems are found when the numerical model is developed. Computational cost and numerical problems related to the extreme mesh distortion make the effort of finite element modelling of machining extremely time consuming. The aim of this work is to predict machinning-induced residual stresses using a finite element model based in ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) approach. The finite element general-purpose code ABAQUS is used, modifying the previous model used in scientific literature to predict residual stresses. Boundary conditions in the entrance of the workpiece and in the upper border of the chip were modified from Lagrangian boundaries in the previous model, to Eulerian boundaries in the new model. Main advantages of the model presented in this work are low level of distortion of the mesh, the possibility of simulate long length of machined surface and time-efficiency. The model has been applied to calculate residual stresses in AISI 316L during machining. Reasonable agreement with experimental results has been found.
PL
Przewidywanie szczątkowych naprężeń wywoływanych obróbką skrawaniemw materiale próbki stanowi interesujące zagadnienie modelowania tego typu technologii wytwarzania. Mimo, że analiza oparta na elementach skończonych znalazła szerokie zastosowanie w tej dziedzinie, jej skuteczność jest problematyczna na poziomie budowy modelu numerycznego. Koszt symulacji i kłopoty obliczeniowe związane z ogromnym zniekształceniem siatki elementów skończonych czynią ten rodzaj analizy wyjątkowo czasochłonnym. Celem tej pracy jest opis metody określania naprężeń szczątko- wych indukowanych obróbką skrawaniem za pomocą modelu z elementami skończonymi w opisie eulerowsko-lagrange'owskim ALE (ang. Arbitrary Lagrangian Eulerian). W obliczeniach zastosowano wielozadaniowy pakiet ABAQUS, który pozwolił na modyfikację dotychczas stosowanego modelu, opisanego w literaturze. Warunki brzegowe w obszarze wejścia noża w obrabiany materiał i górnej strefie wióra zmodyfikowano z typu Lagrange'a na Eulera w nowej wersji. Zaletą tego rozwiązania okazało się małe zniekształcenie siatki elementów skończonych, możliwość symulacji długich powierzchni obróbczych i znacznie krótszy czas obliczeń. Model wykorzystano do określenia naprężeń szczątkowych w stali AISI 316L podczas skrawania. Potwierdzono satysfakcjonującą zgodność symulacji z wynikami pomiarów doświadczalnych.
Rocznik
Strony
599--616
Opis fizyczny
Bibliogr. 30 poz., rys., tab.
Twórcy
Bibliografia
  • 1. Arrazola P.J., Ugarte D., Dominguez X., 2008, A new approach for the friction identification during machining through the use of finite element modelling, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 48, 173-183
  • 2. Barrow G., 1973, A review of experimental and theoretical techniques for assessing cutting temperatures, Annals of the CIRP, 22, 2, 203-211
  • 3. Dirikolu M.H., Childs T.H.C., Maekawa K., 2001, Finite element simulation of chip flow in metal machining, International Journal of Mechanical Sciences, 43, 2699-2713
  • 4. Dogu Y., Aslan E., Camuscu N., 2006, A numerical model to determine temperature distribution in orthogonal metal cutting, J. Materials Processing Technology, 171, 1-9
  • 5. Filice L., Umbrello D., Micari F., Settineri L., 2007, On the finite element simulation of thermal phenomena in machining processes, Adv. Meth. Mater. Form., 273-288
  • 6. Hibbit Karlson and Sorensen Inc., 2003, ABAQUS User’s Manual 6.4-1
  • 7. Jang D.Y., Watkins T.R., Kozaczek K.J., Hubbard CR., Cavin O.B., 1996, Surface residual stresses in machined austenitic stainless steel, Wear, 194, 168-173
  • 8. Johnson G.R., Cook W.H., 1983, A constitutive model and data for metals subjected to large strains, high strain rate and temperature, Proceedings of the International Symposium of Ballistics, 541-547
  • 9. Liang S.Y., Su J.-C., 2007, Residual stress modeling in orthogonalmachining, Annals of the CIRP, 56, 1, 65-68
  • 10. Lin Z.-C., Lin Y.-Y., Liu C.R., 1991, Effect of thermal load and mechanical load on the residual stress of a machined workpiece, Int. J. Mech. Sci., 33, 4, 263-278
  • 11. Lin Z.C., Lin S.Y., 1992, A couple finite element model of thermo-elastoplastic large deformation for orthogonal cutting, ASME Journal of Engineering for Industry, 114, 218-226
  • 12. Mamalis A.G., Horvath M., Branis A.S., Manolakos D.E., 2001, Finite element simulation of chip formation in orthogonal metal cutting, J. Mat. Proc. Tech., 110, 19-27
  • 13. Marusich T.D., Ortiz M., 1995, Modelling and simulation of high-speed machining, Int. Journal for Numerical Methods in Engineering, 38, 3675-3694
  • 14. Migu´elez H., Zaera R., Rusinek A., Moufki A., Molinari A., 2006, Numerical modelling of orthogonal cutting: influence of cutting conditions and separation criterion, Journal de Physique IV, 134, 417-422
  • 15. Migu´elez H., Zaera, R. Molinari A., Cheriguene R., Rusinek A., 2009, Residual stresses in orthogonal cutting of metals: the effect of thermomechanical coupling parameters and of friction, Journal of Thermal Stresses, 32, 1-20
  • 16. Moufki A., Molinari A., Dudzinski D., 1998, Modelling of orthogonal cutting with a temperature dependent friction law, J. Mech. Phys. Solids, 46, 10, 2103-2138
  • 17. Nasr M., Ng E.G., Elbestawi M.A., 2007,Modelling the effects of tool-edge radius on residual stresses when orthogonal cutting AISI316L, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 47, 401-411
  • 18. Nasr M.N.A., Ng E.-G., Elbestawi M.A., 2008, A modified time-efficient FE approach for predicting machining-induced residual stresses, Finite Elements in Analysis and Design, 44, 149-161
  • 19. Obikawa T., Takemura Y., Akiyama Y., Shinozuka J., Sasahara H., 2008, Microscopic phase-dependent residual stresses in the machined surface layer of two-phase alloy, Journal of Materials Processing Technology, doi:10.1016/j.jmatprotec.2008.10.039
  • 20. Okushima K., Kakino Y., 1972, A study on the residual stress produced by metal cutting, Memoirs of the Faculty of Engineering, Kuyoto, 34, 234-248
  • 21. Outeiro J.C., Dias A.M., Jawahir I.S., 2006a, On the effects of residual stresses induced by coated and uncoated cutting tools with finite edge radii in turning operations, Annals of the CIRP, 55, 1, 111-116
  • 22. Outeiro J.C., Umbrello D., M’Saoubi R., 2006b, Experimental and FEM analisis of cutting sequence on residual stresses in machined layers of AISI 316L steel, Materials Science Forum, 524/525, 179-184
  • 23. Ozel T., Zeren E., 2005, Finite element modelling of stresses induced by high speed machining with round edge cutting tools, Proceedings of IMECE’05, Orlando, Florida
  • 24. Pantal´e O., Bacaria J.-L., Dalverny O., Rakotomalala R., Caperaa S., 2004, 2D and 3D numerical models of metal cutting with damage effects, Computer Methods in Applied Mechanical and Engineering, 193, 4383-4399
  • 25. Salio M., Berruti T., De Poli G., 2006, Prediction of residual stress distribution alter turning in turbine disks, International Journal of Mechanical Sciences, 48, 976-984
  • 26. Shaw M.C., Ber A., Mamin P.A., 1960, Friction characteristics of sliding surfaces undergoing subsurface plastic flow, J. of Basic Eng., 82, 342-346
  • 27. Technological Centre IDEKO, http://www.ideko.es/
  • 28. Tounsi N., Vincenti J., Otho A., Elbestawi M.A., 2002, From the basics of orthogonal metal cutting toward the identification of the constitutive equation, Int. Journal of Machine Tools and Manufacture, 42, 2, 1373-1383
  • 29. Umbrello D., Filice L., Rizzuti S., Micari F., 2007a, On the evaluation of the global heat transfer coefficient in cutting, Int. Journal of Machine Tools and Manufacture, 47, 1738-1743
  • 30. Umbrello D., M’Saoubi R., Outeiro J.C., 2007b, The influence of Johnson-Cook material constants on finite element simulation of machining of AISI 316L steel, Int. Journal of Machine Tools and Manufacture, 47, 462-470
Typ dokumentu
Bibliografia
Identyfikator YADDA
bwmeta1.element.baztech-article-BWM4-0022-0005
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.