ENG FB kontakt

20.05.2024

Strona główna Marzec 2024 Progress in modelling and simulation of the machining process – part I

Progress in modelling and simulation of the machining process – part I

Postęp w modelowaniu i symulacji procesu skrawania – część I *

Wit Grzesik   |   02-03-2024

Mechanik nr 03/2024 - Obróbka skrawaniem

ABSTRACT: In this paper some rules of a multiscale modelling and numerical simulations of fundamental physical phenomena associated with the machining process, including mechanisms of plastic deformation, chip formation and interfacial friction are overviewed. Some representative examples of the modelling application to multiphase and composite materials, determination of constants in the material constitutive equations and simulation of nano- and micromachining processes using MD-FEM and SPH-FEM hybrid methods are given.

KEYWORDS: multiscale modelling, numerical simulations, machining process, plastic deformation, chip formation, interfacial friction, MD-FEM, SPH-FEM

STRESZCZENIE: W artykule omówiono zasady wieloskalowego modelowania i symulacji numerycznej podstawowych zjawisk fizycznych towarzyszących procesowi skrawania, w tym mechanizmów odkształcania materiału, tworzenia wióra i tarcia. Podano przykłady zastosowania modelowania materiałów wielofazowych i kompozytowych, wyznaczania stałych materiałowych w równaniu konstytutywnym oraz symulacji mikro- i nanoobróbki z użyciem hybrydowej metody MD-FEM i SPH-FEM.

SŁOWA KLUCZOWE: modelowanie wieloskalowe, symulacja numeryczna, proces skrawania, odkształcanie materiału, tworzenie wióra, tarcie, MD-FEM, SPH-FEM

BIBLIOGRAFIA / BIBLIOGRAPHY:

[1] Lin K., Wang Z. “Multiscale mechanics and molecular dynamics simulations of the durability of fiber-reinforced polymer composites”. Communications Materials. 4:66 (2023), https://doi.org/10.1038/s43246-023-00391-2, www.nature.com/commsmat.

[2] Gohari H., Hassan M., Shi B., Sadek A., Attia H., M’Saoubi R. “High-Performance Machining System: Process Optimization for a Cyber-Physical System – a Review”. preprint.org, doi: 10.20944/preprints202401.1951.v1 (dostęp: styczeń 2024).

[3] Yanagimoto J., Banabic D., Banu M., Madej L. “Simulation of metal forming. Visualization of invisible phenomena in the digital era”. CIRP Annals – Manufacturing Technology. 71 (2022): 599–622, https://doi.org/10.1016/j.cirp.2022.05.007.

[4] Grzesik W., Żak K., Tomkiewicz-Zawada A. „Analiza i modelowanie powierzchni wytwarzanych w obróbce ubytkowej”. Warszawa: PWN (2023).

[5] Grzesik W. „Podstawy skrawania materiałów konstrukcyjnych”. Warszawa: PWN (2018).

[6] Madej Ł., Sitko M. “Computationally Efficient Cellular Automata-Based Full-Field Models of Static Recrystallization: A Perspective Review”. Steel Review. (2023): 1–14, https://doi.org/10.1016/10.1002/srin.202200657.

[7] Shiaria B., Miller R.E., Klug D.D. “Multiscale simulation of material removal processes at the nanoscale”. Journal of the Mechanics and Physics of Solids. 55 (2007): 2384–2405.

[8] Cheng K., Huo D. “Micro-cutting. Fundamentals and applications”. Chichester: John Wiley & Sons, Ltd. (2013), https://doi.org/10.1002/9781118536605.

[9] Melkote S., Liang S., Özel T., Jawahir I.S., Stephenson D.A., Wang B. “A Review of Advances in Modeling of Conventional Machining Processes: From Merchant to the Present”. Journal of Manufacturing Science and Engineering. 144 (2022): 110801-11÷10801-22, https://doi.org/10.1115/1.4053522.

[10] Ojal N., Copenhaver R., Cherukuri H.P., Schmitz T.L., Devlugt K.T., Jaycox A.W. “A realistic full-scale 3D modelling of turning using coupled smoothed particle hydrodynamics and finite element method for predicting cutting forces“. Journal of Manufacturing and Materials Processing. 6, 33 (2022), https://doi.org/10.3390/jmmp6020033.

[11] Hardt M., Jayaramaiah D., Bergs T. “On the application of the particle swarm optimization to the inverse determination of material model parameters for cutting simulations”. Modelling MDPI. 2 (2021): 129–148, https://doi.org/10.3390/modelling2010007.

[12] Jain V.K. “Micromanufacturing processes”. Boca Raton: CRC Press (2013).

[13] Xu Y., Liu H., Zhang L., Becton M. “Multiscale assessment of nanoscale manufacturing process on the freeform copper surface”. Materials MDPI. 13 (2020): 3115, https://doi.org/10.3390/ma13143135.

[14] Pratap A., Divse V., Goel S., Joshi S.S. “Understanding the surface generation mechanism during micro-scratching of Ti-6Al-4V”. Journal of Manufacturing Processes. 82 (2022): 543–558, https://doi.org/10.1016/j.mapro.2022.08.014.

[15] Xu Y., Liu H., Zhang L., Becton M. “Multiscale Assessment of Nanoscale Manufacturing Process on the Freeform Copper Surface”. Materials. 13 (2020): 3135, https://doi.org/10.3390/ma13143135.

[16] Eder S.J., Leroch S., Grützmacher P.G., Spenger T., Heckes H. “A multiscale simulation approach to grinding ferrous surfaces for process optimization”. International Journal of Mechanical Sciences. 194 (2021): 106186, https://doi.org/10.1016/j.ijmecsci.2020.106186.

[17] Teimouri R. “Multiscale Modeling of a Chain Comprising Selective Laser Melting and Post-Machining toward Nanoscale Surface Finish”. Materials. 16 (2023) 7535, https://doi.org/10.3390/ma16247535.

[18] “Multiscale Modeling”. Mechanics and Materials Laboratory. https://mm.ethz.ch/education/master-phd-studies/multiscale-modeling.html (dostęp: styczeń 2024).

[19] Wiesener F., Bergmann B., Wichmann M., Eden M., Freudenberg T., Schmidt A. “Modeling of heat transfer in tool grinding for multiscale simulations”. Procedia CIRP. 117 (2023): 269–274, https://doi.org/10.1016/j.procir.2023.03.046.

[20] Zhang N., Klippel H., Afrasiabi M., Röthlin M., Kuffa M., Bambach M., Wegener K. “Hybrid SPH – FEM solver for metal cutting simulations on the GPU including thermal contact modelling”. CIRP Journal of Manufacturing Science and Technology. 41 (2023): 311–327, https://doi.org/10.1016/j.j.cirpj.2022.12.012.

[21] Sauer F., Codrignani A., Haber M., Falk K., Mayrhoferb L., Chwitzke C., Moseler M., Bauer H.-J., Schulze V. “Multiscale simulation approach to predict the penetration depth of oil between chip and tool during orthogonal cutting of AISI 4140”. Procedia CIRP. 117 (2023): 426–431, https://doi.org/10.1016/j.procir.2023.03.072.

[22] Zhang Y., Jung Y.-G., Zhang J. “Multiscale modelling of additively manufactured metals”. Elsevier (2020).

DOI: https://doi.org/10.17814/mechanik.2024.3.4

 

* Artykuł recenzowany

 

Pobierz plik / download

Wit Grzesik: Progress in modelling and simulation of the machining process – part I (Postęp w modelowaniu i symulacji procesu skrawania – część I) (PDF, ~3,9 MB)

Strona główna Marzec 2024 Progress in modelling and simulation of the machining process – part I

Zamów NEWSLETTER

Kalendarium wydarzeń

Pn
Wt
Śr
Cz
Pt
So
Nd

Nasze propozycje

Metrologia geometryczna powierzchni technologicznych. Zarysy kształtu – Falistość – Mikro- i nanochropowatość.
Stanisław Adamczak

Metrologia geometryczna powierzchni technologicznych. Zarysy kształtu – Falistość – Mikro- i nanochropowatość.

Wydawnictwo Naukowe PWN

"Metrologia geometryczna powierzchni technologicznych" to kompendium poświęcone tematyce pomiarów i analizy...

Układy dynamiczne w modelowaniu procesów przyrodniczych, społecznych, technologicznych
Jacek Banasiak, Katarzyna Szymańska-Dębowska

Układy dynamiczne w modelowaniu procesów przyrodniczych, społecznych, technologicznych

Wydawnictwo Naukowe PWN

"Układy dynamiczne" to podręcznik związany z analizą układów dynamicznych, którą można zastosować w różnych...

Matematyczny wszechświat. Od Pitagorasa do Plancka
Joel L. Schiff (Tłum.: W. Sikorski)

Matematyczny wszechświat. Od Pitagorasa do Plancka

Wydawnictwo Naukowe PWN

"Matematyczny wszechświat" to wciągająca opowieść, która odkrywa przed czytelnikami prawa matematyczne...

Tarcie i smarowanie w procesach kształtowania blach
Tomasz Trzepieciński

Tarcie i smarowanie w procesach kształtowania blach

Wydawnictwo Naukowe PWN

W książce Tarcie i smarowanie w procesach kształtowania blach przedstawiono specyfikę zjawiska tarcia...

Nasi partnerzy