基于欧拉与完全拉格朗日 SPH 的金属加工过程数值模拟

本文给出了利用欧拉与完全拉格朗日光滑粒子流体动力学（SPH）对金属加工过程进行的数值模拟。作为一种无网格方法，SPH 可方便地处理大变形与材料分离。然而，基于当前粒子位置计算核函数的欧拉 SPH（ESPH）存在拉伸不稳定性。完全拉格朗日 SPH（TLSPH）不存在此不稳定性，因为其核函数在参考构型中计算。本工作中，金属采用 Johnson-Cook 本构模型建模，该模型可捕捉金属中的应变硬化与热软化。加工/切削工具建模为刚体，而金属-工具接触力在 ESPH 与 TLSPH 中分别采用标准 SPH 相互作用与粒子-粒子弹球接触考虑。两种方法被用于模拟若干包含冲击、压制与切削的算例；结果与参考实验及数值结果进行比较。发现两种 SPH 方法均可捕捉金属加工中的显著现象，如应变局部化、大变形与材料分离。然而，TLSPH 方法对应变局部化与切屑形貌提供了更好的模拟。本工作表明，TLSPH 方法有望高效建模金属加工过程而无任何数值不稳定性。