Simulation numérique des matériaux

17 mars 2023

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par International Journal of Extreme Manufacturing

Publiant dans l'International Journal of Extreme Manufacturing, des chercheurs de l'Institut de technologie de Harbin, de l'Université des sciences et technologies de Huazhong, de l'Université du Guizhou et de l'Université de la Ruhr à Bochum présentent une brève revue de l'application des simulations numériques pour traiter l'impact des propriétés et des microstructures de la pièce. matériaux sur les mécanismes de coupe au diamant de différents types de matériaux de pièces, tels que les matériaux métalliques, durs et cassants et les matériaux composites.

De plus, l'effet de l'application d'un champ d'énergie externe à la coupe au diamant de matériaux difficiles à couper est également discuté.

Le comportement de déformation anisotrope parmi les grains monocristallins lors de la coupe au diamant de matériaux polycristallins peut être bien décrit à l'échelle microscopique par la simulation par éléments finis de la plasticité cristalline, qui fournit des bases pour la compréhension fondamentale des mécanismes de formation ainsi que la stratégie de suppression des étapes de la surface limite des grains sur la surface usinée.

La variation de l'état de frottement outil-copeau avec la température de coupe peut être efficacement capturée par le critère de couplage thermos-mécanique de frottement collant-glissant intégré dans le modèle d'éléments finis. De plus, l'usure de l'outil diamant peut être supprimée en introduisant des textures sur l'outil de coupe.

La compréhension fondamentale de la transformation de phase et des événements de fissuration par le biais de simulations est cruciale pour révéler les mécanismes de transition fragile à ductile des matériaux durs et cassants, permettant ainsi la sélection rationnelle de paramètres optimisés pour une usinabilité ductile améliorée.

Le modèle numérique basé sur la physique est essentiel pour fournir des résultats prédits conformes aux données expérimentales pour les matériaux composites. Les caractéristiques microstructurales réelles de la phase renforcée ainsi que le traitement approprié de l'interface phase-matrice renforcée sont essentiellement nécessaires pour représenter avec précision les interactions outil-phases dans les simulations numériques de la coupe au diamant des composites.

La configuration des champs externes (champ de vibration, champ thermique et champ d'implantation ionique) et leurs interactions avec le matériau de la pièce sans perte de physique sont essentielles pour révéler les mécanismes de la coupe au diamant assistée par champ de matériaux difficiles à usiner avec une usinabilité améliorée par numérique. simulations.

L'un des principaux chercheurs, le professeur Junjie Zhang, a commenté : « Pour la fabrication à l'échelle atomique et proche de l'atome qui traite du traitement des matériaux à l'échelle atomique avec un effet de taille de surface prononcé, la taille de diamant ultra-précise joue également un rôle important. rôle pour sa précision d'usinage inférieure au nanomètre."

"La simulation numérique multi-échelle, telle que la simulation par éléments finis à l'échelle microscopique et la simulation de la dynamique moléculaire à l'échelle nanométrique, est devenue plus populaire pour sa capacité à fournir des informations dynamiques sur les processus de taille de diamant en cours d'une variété de matériaux, tels que la déformation des matériaux. , la formation de copeaux, l'évolution de la force de coupe et la formation de surface."

Le premier auteur, le Dr Liang Zhao, a commenté : "Malgré les nombreuses applications des différentes méthodes de simulation utilisées dans l'exploration du processus de taille du diamant, il reste encore des problèmes ou des défis à résoudre pour une meilleure comparaison des résultats prédits avec les données expérimentales."

"Dans le présent travail, nous présentons une revue compacte des progrès récents dans les simulations numériques avancées de la coupe au diamant d'une variété de matériaux, qui diffèrent par leurs propriétés, leurs microstructures et leurs constituants. Les aspects rapportés dans ce travail présentent des lignes directrices pour les simulations numériques de réponses d'usinage mécanique d'ultra-précision pour une variété de matériaux."

Le professeur Alexander Hartmaier, directeur du Centre interdisciplinaire de simulation de matériaux avancés de la Ruhr-Universität Bochum, a déclaré : « Les recherches futures sur les simulations numériques de la taille du diamant orientée matériaux pourraient être davantage recommandées à partir du développement du modèle fini basé sur la physique de haute précision. , visant principalement à augmenter la précision de prédiction des résultats de simulation pour les matériaux structurés avancés par rapport aux données expérimentales."

Plus d'information: Liang Zhao et al, Simulation numérique de la découpe au diamant ultra-précise orientée matériaux : bilan et perspectives, International Journal of Extreme Manufacturing (2023). DOI : 10.1088/2631-7990/acbb42

Fourni par International Journal of Extreme Manufacturing