DOI: https://doi.org/10.20998/2078-7405.2019.91.04

ДОСЛІДЖЕННЯ ЗАСТОСОВНОСТІ РІВНЯННЯ ЕЙЛЕРА-ЛАГРАНЖА ПРИ МОДЕЛЮВАННІ АБРАЗИВНОЇ ВОДОСТРУМЕНЕВОЇ ОБРОБКИ

Christos D. Dimopoulos, Nikolaos E. Karkalos, Angelos P. Markopoulos

Анотація


Нетрадиційні процеси обробки розглядаються як надійні альтернативи загальноприйнятим традиційним способам обробки важкооброблюваних матеріалів. Зокрема, для цієї мети вигідна абразивна водоструменева обробка (AWJM), оскільки цим методом можна обробляти широкий спектр матеріалів заготовки і не викликати зон термічного впливу. Для вивчення явищ, що відбуваються під час AWJM, слід проводити чисельне моделювання поряд з експериментами. Оскільки процеси обробки пов'язані зі значною лагранжевими (CEL) кінцевими елементами (FE) виявилися значно більш точними для цієї деформацією матеріалу, моделі з сполученими ейлерово- мети в порівнянні з чисто лагранжевськими моделями. Однак очевидна відмінність полягає в тому, що хоча обидві моделі правильно передбачають збільшення глибини різання при збільшенні швидкості абразивних частинок, передбачена глибина різання в середовищі CEL значно нижче, ніж в лагранжевській. Можливим поясненням цього результату може бути те, що, оскільки в формулюванні CEL не може бути зазначено видалення елемента, механізм крихкої ерозії, який присутній в експериментальних роботах, не може бути належним чином представлений в моделюванні. Таким чином, результуючі розміри зони різання для моделі CEL обумовлені тільки пластичною ерозією, особливо через пластичну деформацію. У разі моделі Лагранжа, глибина різання в будь-якому випадку значно більше, і зона різання має характерні сліди ерозії, викликані видаленими елементами, і подальшу ерозію нових поверхонь. Проте, в разі моделі CEL, здається, що матеріал заготовки стискається тільки через удари частинок, і деформація заготовки значно менша і більш однорідна, при цьому початковий кратер розширюється в напрямку глибини різання і поперечного напрямку. і з майже симетричним полем напружень, що розвиваються далеко від основної зони різання.Таким чином, в цьому дослідженні зроблено спробу порівняти передбачені результати моделей CEL і чисто лагранжевських в разі AWJM і визначити, чи може бути застосований цей метод для процесу чи ні. Використовуються випадки моделювання, засновані на експериментальних результатах, і проводиться обговорення прогнозованих розмірів зони різання, полів напружень і температури.

Ключові слова


гідроабразивна обробка; метод кінцевих елементів; рівняння Ейлера-Лагранжа; глибина різання; композиція; ерозія матеріалу; напруження.

Повний текст:

PDF (English)

Посилання


Kun-Bodnár, K., Kundrák, J.: Applicability of Waterjet Cutting for Different Machining Operations, Cutting & Tools in Technological Systems 79, pp. 102-107. (2011).

Kun-Bodnár, K., Kundrák, J., Maros, Z.: Machining of rotationally symmetric parts with abrasive waterjet, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 448, 012053. (2018).

Kun-Bodnár, K., Maros, Z.: Theoretical Determination of Removed Layer Depth at Abrasive Waterjet Turning, Cutting & Tools in Technological Systems 90, pp. 19-25. (2019).

Finnie, I.: Erosion of Surfaces by Solid Particles, Wear 3, pp. 87-103. (1960).

Zeng,J., Kim,T.: An erosion model of polycrystalline ceramics in abrasive waterjet cutting, Wear 193, pp. 207-217. (1996).

Hassan, A.I., Kosmol, J.: Finite element modeling of Abrasive Water Jet Machining (AWJM), Proc. 15th International Conference on Jetting Technology, Ronnby, Sweden, pp. 321-333. (2000).

Gudimetla, P., Yarlagadda, P.K.D.V.: Finite element analysis of the interaction between an AWJ particle and a polycrystalline alumina ceramic, Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 23(1), pp. 7-14. (2007).

Kumar, N., Shukla, M.: Finite element analysis of multi-particle impact on erosion in abrasive water jet machining of titanium alloy, Journal of Computational and Applied Mathematics 236(18), pp. 4600-4610. (2012).

Shahverdi, H., Zohoor, M., Mousavi, S.M.: Numerical simulation of abrasive water jet cutting process using the SPH and ALE methods, International Journal of Advanced Design and Manufacturing Technology 5(1), pp. 43-50. (2011).

Wenjun, G., Jianming, W., Na, G.: Numerical simulation of abrasive water jet machining based on ALE algorithm, International Journal of Advanced Manufacturing Technology 53(1-4), pp. 247-253 (2011).

Jianming, W., Na, G., Wenjun, G.: Abrasive waterjet machining simulation by SPH method, International Journal of Advanced Manufacturing Technology 50 (1-4), pp. 227-234. (2010).

Feng, Y., Jianming, W., Feihong, L.: Numerical simulation of single particle acceleration process by SPH coupled FEM for abrasive waterjet cutting, International Journal of Advanced Manufacturing Technology 59 (1-4), pp. 193-200. (2012).

Ducobu,F., Rivière-Lophèvre, E., Filippi, E.: Numerical contribution to the comprehension of saw-toothed Ti6Al4V chip formation in orthogonal cutting, International Journal of Mechanical Sciences 81, pp. 77-87. (2014).

Ducobu, F., Rivière-Lophèvre, E., Filippi, E.: On the importance of the choice of the parameters of the Johnson-Cook constitutive model and their importance on the results of a Ti6Al4V orthogonal cutting model, International Journal of Mechanical Sciences 122, pp. 143-155. (2017).

Ayed, Y., Robert, C., Germain, G., Ammar, A.: Development of a numerical model for the understanding of the chip formation in high-pressure water-jet assisted machining, Finite Elements in Analysis and Design 108, pp. 1-8. (2015).

Hassan, A.I., Chen, C., Kovacevic, R.: On-line monitoring of depth of cut in AWJ cutting, International Journal of Machine Tools and Manufacture 44 (6), pp. 595-605. (2004).

Johnson, G.R., Cook, W.H.: A constitutive model and data for metals subjectd to large strains, high strain rates and high temperatures, Proc. the 7th International Symposium on Ballistics (1983).

Buchely, M.F., Wang, X., Van Aken, D.C., O'Malley, R.J., Lekakh, S., Chandrashekhara, K.: The Use of Genetic Algorithms to Calibrate Johnson-Cook Strength and Failure Parameters of AISI/SAE 1018 Steel, Journal of Engineering Mater. Technol 141(2), 021012. (2018).

Simulia, D.: Abaqus 6.17 Documentation, Provid. RI, USA DS SIMULIA Corp., 2017.

Anwar, S., Axinte, D.A., Becker, A.A.: Finite element modeling of abrasive waterjet milled footprints, Journal of Materials Processing Technology 213 (2), pp. 180-193. (2013).

Momber, A.W., Kovacevic, R.: Principles of Abrasive Water Jet Machining, Springer-Verlag London (1998).




ISSN 2078-7405