Simulazione numerica dei materiali

17 marzo 2023

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dall'International Journal of Extreme Manufacturing

Pubblicando sull'International Journal of Extreme Manufacturing, i ricercatori dell'Harbin Institute of Technology, dell'Università di Scienza e Tecnologia di Huazhong, dell'Università di Guizhou e dell'Università della Ruhr di Bochum presentano una breve revisione sull'applicazione delle simulazioni numeriche nell'affrontare l'impatto delle proprietà e delle microstrutture del pezzo in lavorazione materiali sui meccanismi di taglio del diamante di diversi tipi di materiali del pezzo da lavorare, come materiali metallici, duri e fragili e materiali compositi.

Inoltre, viene discusso anche l'effetto dell'applicazione di un campo energetico esterno al taglio del diamante di materiali difficili da tagliare.

Il comportamento di deformazione anisotropa tra i grani monocristallini nel taglio del diamante di materiali policristallini può essere ben descritto su scala microscopica mediante simulazione degli elementi finiti della plasticità cristallina, che fornisce le basi per la comprensione fondamentale dei meccanismi di formazione e per la strategia di soppressione dei gradini della superficie dei bordi dei grani su la superficie lavorata.

La variazione dello stato di attrito utensile-truciolo con la temperatura di taglio può essere efficacemente catturata dal criterio di attrito incollaggio-scorrimento dell'accoppiamento termo-meccanico incorporato nel modello agli elementi finiti. Inoltre, l'usura dell'utensile diamantato può essere eliminata introducendo texture sull'utensile da taglio.

La comprensione fondamentale della trasformazione di fase e degli eventi di cracking attraverso le simulazioni è cruciale per rivelare i meccanismi di transizione da fragile a duttile dei materiali duri e fragili, consentendo così la selezione razionale di parametri ottimizzati per una migliore lavorabilità duttile.

Il modello numerico basato sulla fisica è fondamentale per fornire risultati previsti in linea con i dati sperimentali per i materiali compositi. Le reali caratteristiche microstrutturali della fase rinforzata così come il corretto trattamento dell'interfaccia fase-matrice rinforzata sono essenzialmente necessari per rappresentare accuratamente le interazioni utensile-fasi nelle simulazioni numeriche del taglio del diamante dei compositi.

La configurazione dei campi esterni (campo di vibrazione, campo termico e campo di impiantazione ionica) e le loro interazioni con il materiale del pezzo senza perdita di fisica sono fondamentali per rivelare i meccanismi del taglio diamantato assistito dal campo di materiali difficili da lavorare con lavorabilità migliorata mediante numerico simulazioni.

Uno dei ricercatori principali, il professor Junjie Zhang, ha commentato: "Per la produzione su scala atomica e prossima all'atomo che si occupa della lavorazione di materiali su scala atomica con un effetto di dimensione superficiale pronunciato, anche il taglio del diamante ad ultra precisione svolge un ruolo importante. ruolo fondamentale per la precisione di lavorazione sub-nanometrica ottenibile."

"La simulazione numerica multiscala, come la simulazione degli elementi finiti su scala microscopica e la simulazione della dinamica molecolare su scala nanometrica, sono diventate più popolari per la loro capacità di fornire informazioni dinamiche sui processi di taglio del diamante in corso di una varietà di materiali, come la deformazione del materiale , formazione di trucioli, evoluzione della forza di taglio e formazione della superficie."

Il primo autore, il dottor Liang Zhao, ha commentato: "Nonostante le ampie applicazioni dei diversi metodi di simulazione utilizzati nell'esplorazione del processo di taglio del diamante, ci sono ancora problemi o sfide che devono essere affrontate per un migliore confronto dei risultati previsti con i dati sperimentali".

"Nel presente lavoro, presentiamo una rassegna compatta sui recenti progressi nelle simulazioni numeriche avanzate del taglio del diamante di una varietà di materiali, che differiscono per proprietà, microstrutture e costituenti. Gli aspetti riportati in questo lavoro presentano linee guida per le simulazioni numeriche di risposte di lavorazione meccanica di ultraprecisione per una varietà di materiali."