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申请/专利权人：西南石油大学

摘要：本发明公开了一种基于ABAQUS的烧结合成PDC切削齿的热力耦合仿真方法，按照以下步骤实施：步骤1，进行ABAQUS仿真前处理；包括材料本构模型的建立、几何模型创建、基于几何模型进行有限元模型建立；步骤2，进行ABAQUS仿真，施加载荷，绘制节点，并对得到的结果进行处理。采用本发明的方法进行烧结合成PDC切削齿的热力耦合仿真分析，能以输出整齿和合成腔各部位的应力图和密度图，评价切削齿性能和烧结工艺，满足以此优化切削齿齿面、界面结构、烧结工艺设计的要求，同时提出分析过程中网格划分规则和子程序编写实例，以便减少分析计算量的同时使得分析结果更加准确。

主权项：1.一种基于ABAQUS的烧结合成PDC切削齿的热力耦合仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，进行ABAQUS仿真前处理，包括：材料本构模型的建立、几何模型创建、基于几何模型进行有限元模型建立；步骤2，进行ABAQUS仿真：施加载荷，绘制节点，通过仿真得到结果，并对得到的结果进行数据处理；在所述步骤1中，进行ABAQUS仿真前处理，具体包括如下进行的步骤：步骤1.1,几何模型创建，通过建立金刚石层和硬质合金作为PDC齿，并设置PDC切削齿尺寸，建立叶蜡石、白云石、金属杯作为合成腔，均设置为可变形体；之后建立六面顶锤并设置为刚体；步骤1.2，有限元模型建立，依次通过求解器设置、材料赋予、子程序编写、网格划分、赋予接触、边界条件定义、设置场输出、提交结果；在所述步骤1.2中，进行ABAQUS有限元模型的建立具体为：步骤1.2.1，设置求解器：选择动力、温度-位移、显式分析步；步骤1.2.2，材料赋予：将材料参数赋予截面，将截面分别指派，并且定义本构关系，其中金刚石粉末所使用的模型为塑性DruckerpragerCap模型、叶蜡石所使用的为塑性Druckerprager模型、金属杯所使用的为Johnson-Cook损伤模型；其中，DruckerpragerCap模型使用相对密度相关的模型，并编写子程序VUSDFLD与其配合计算；具体的是：使用塑性DruckerPragerCap模型，屈服准则定义为：金属粉末压坯成形对模型参数的确定，建立模型参数与相对密度之间的关系，应用到聚晶金刚石复合片的烧结模型中，并将模型参数下的研究结果与实验进行对比，以此来验证选取模型参数的可靠程度；利用巴西圆盘实验和单轴压缩实验对金属粉末压坯进行测试，将得到的数据结果，通过拟合得到摩擦角β和内聚力d与相对密度之间的表达式： 其中，d1、d2分别为96.74和9.036，b0、b1、b2分别为71.85、-5.436和2.947，无量纲；密度为初始值即金刚石粉末的初始密度时，内聚力为零，最大摩擦角为72.3°；帽子面的确定需要偏心距R、演化参数Pa、硬化参数Pb和α四个参数，取α＝0.02，而其余参数通过模压实验来求得，通过实验得到的这些参数用于ABAQUS的材料本构模型定义；通过封闭圆筒压缩实验得到如下所示的表达式： 式中，R1、R2、ρc和k的值分别为0.4，0.87，5.81和33.54，Pa与体积应变的表达式写成： Pb与体积应变的表达式写成： 其中，C0、C1和C2的值分别为-11.13，0.41和8.45；步骤1.2.3，网格划分：采用拆分网格画法，针对PDC齿网格加密，使用C3D4T网格单元，其余部分采用C3D8T单元；步骤1.2.4，赋予接触：通用接触；此时需要定义接触属性：其摩擦公式为罚接触，系数为0.3；法向行为定义硬接触，并定义适当的热传导和生热；硬质合金与金刚石层之间设置面对面绑定约束，主表面为硬质合金，从表面为金刚石层；步骤1.2.5，边界条件定义：在step1时将六面顶锤耦合至一点，只开放单轴自由度，设置耦合点速度并设置幅值；设置三个固定的顶锤所有自由度均为0；设置温度预定义场；步骤1.2.6，设置场输出：输出A、CSTRESS、EVF、HFL、LE、NT、PE、PEEQ、PEEQVAVG、PEVAVG、RF、S、STATUS、SVAVG、TEMP、U、V、FV1，并建立历程场输出请求进行数据输出；其中A表示加速度，CSTRESS表示接触应力，EVF表示单元输出变量，HFL表示热流量密度、LE表示对数应变分量、NT表示节点温度、PE表示塑性应变分量、PEEQ表示等效塑性应变、PEEQVAVG表示平均有效塑性应变、PEVAVG表示平均有效塑性应变分量、RF表示反作用力、S表示应力、STATUS表示状态、SVAVG表示平均等效VonMises应力、TEMP表示单元温度、U表示位移、V表示速度、FV1表示用户定义场。

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