Um modelo de elemento finito de corte de metal de alta velocidade com cisalhamento adiabático

Introdução

As ligas de titânio como o Ti6AL4V são amplamente utilizadas em aplicações aeroespaciais e outras aplicações industriais. Uma grande fração dos custos de produção para componentes feitos dessas ligas é devido à usinagem. O design de ligas de titânio com melhor maquiagem é, portanto, um valor de pesquisa.

Para conseguir isso, é necessário identificar os importantes parâmetros materiais que influenciam criticamente a usinabilidade do material. Isso pode ser feito por estudos de parâmetros usando simulação de computador de elementos finitos. Uma vez que as avenidas de design mais promissoras sejam determinadas, a modificação real da liga pode ser feita, o que é, portanto, apenas a etapa final do processo de design de material. Essa abordagem é semelhante ao ciclo de produção padrão do CAE, onde apenas alguns protótipos são construídos.

Criar um modelo de computador confiável do processo de corte de metal é a primeira e crucial etapa nesse processo. Neste artigo, descrevemos esse modelo com alguns detalhes. Ele usa software de elemento finito padrão para os cálculos, garantindo assim a portabilidade e a flexibilidade. Como os requisitos no algoritmo de malha são bastante fortes, um pré -processador especial foi desenvolvido, que é programado em CÞÞ e, portanto, também é portátil para diferentes plataformas.

O artigo está organizado da seguinte forma: Após uma breve descrição dos requisitos do modelo na Seção 2, os detalhes do modelo de elemento finito são apresentados na Seção 3. Alguns resultados produzidos com o modelo são mostrados na Seção 4, concentrando -se nos detalhes do processo de chip para mation. A Seção 5 resume o trabalho e aponta objetivos futuros de pesquisas.

O problema

No processo de corte de metal, o material é removido da superfície da peça por uma ferramenta de corte e um chip é formado. O problema envolve grandes deformações plásticas que geram uma quantidade considerável de calor, assim como o atrito entre ferramenta e peça de trabalho e também entre ferramentas e chip. A separação do material da peça de trabalho na frente da ferramenta também deve ser modelada. Como a influência dos parâmetros do material é mais importante para as considerações de design de materiais do que os detalhes do próprio processo, o processo de corte simulado aqui é o de corte ortogonal. O processo é simulado como bidimensional, o que reduz fortemente o tempo do computador necessário para o cálculo. Uma simplificação adicional é feita assumindo que a ferramenta seja perfeitamente rígida.

O fricção e o fluxo de calor para a ferramenta foram negligenciados até agora nas simulações, mas podem ser facilmente incluídos. A razão para essa omissão é que é necessário simplificar o processo de corte o máximo possível para obter informações sobre os mecanismos subjacentes, conforme será explicado abaixo. Além disso, não há radiação térmica da superfície livre do chip e nenhuma transferência de calor no limite do material é permitida.

A usinagem rápida é um problema fortemente não linear devido aos efeitos descritos acima e deve ser simulado usando um modelo de elemento finito termomecânico totalmente acoplado. Portanto, é uma tarefa formidável despojar um código de elemento finito para lidar com o problema de corte de metal do zero, para que o uso do software comercial FE seja uma alternativa atraente. O software moderno de elementos finitos pode, em princípio, lidar com problemas tão fortemente não lineares. Para nossos estudos, decidimos usar o sistema de programas ABAQUS/Padrão, que permite a definição de condições de contato complexas, deixa muitas possibilidades para definir o comportamento material e pode ser personalizado em muitos aspectos, incluindo sub-rotinas definidas pelo usuário. Supomos que a maioria dos métodos descritos abaixo funcionasse com qualquer pacote FE igualmente poderoso. Devido ao uso de software padronizado, a formulação das equações (formulação de elementos finitos, acoplamento termomecânico, esquema de integração etc.) pode ser encontrado em grandes detalhes em outros lugares [3].

Muitas simulações de elementos finitos do processo de corte de metal são realizados usando o método explícito (ver por exemplo [17]), que é garantido para convergir. (Uma visão geral sobre simulações de elementos finitos do processo de corte pode ser encontrada em [16].) No entanto, decidimos usar um código implícito. Aqui, a convergência é verificada durante a simulação, mas o processo de solução iterativa não é mais garantido para convergir. Uma vantagem de usar o código implícito ABAQUS/STANDARD é que isso permite que uma grande variedade de sub-rotinas flexíveis definidas pelo usuário sejam introduzidas na simulação. Tais rotinas podem ser usadas para implementar critérios complicados de separação de materiais. Além disso, o código implícito tem um melhor comportamento de escala se for necessário refinamento local de malha. Se forem necessárias bandas de cisalhamento estreitas, são necessários tamanhos de elementos da ordem de 1 Lm ou menos (consulte a Seção 4.2) e a vantagem no tempo da CPU do uso de um algoritmo explícito diminuirá fortemente. Um método explícito é provavelmente superior se os efeitos de atrito forem grandes, o que, no entanto, não é o caso aqui. Por outro lado, os métodos explícitos geralmente precisam alterar alguns parâmetros físicos, como densidade ou velocidade da ferramenta, ou precisam usar a viscosidade artificial. Em nossa opinião, não há razão para considerar uma simulação implícita inferior a uma explícita, se a convergência puder ser alcançada.

Também de muitas outras simulações, usamos elementos quadrilaterais totalmente integrados de primeira ordem, que têm melhores propriedades de convergência do que os elementos triangulares. Isso é discutido mais adiante na Seção 3.3.

As ligas de titânio formam lascas segmentadas quando cortadas ou ticonalmente (veja a Fig. 9). Qualquer simulação detalhada do processo de corte de metal deve ser capaz de levar em consideração essa segmentação. Os mecanismos por trás da segmentação de chips ainda não são completamente compreendidos [12,15, 25,26]. É claro que o chamado cisalhamento adiabático desempenha um papel proeminente no processo de segmentação: o amolecimento térmico do material na zona de cisalhamento leva a um aumento da deformação nessa zona, que produz calor e leva a mais amaciando. Esse feedback positivo entre amolecimento e deformação causa uma faixa estreita de deformação extremamente forte, enquanto o material de arredondamento SUR é apenas ligeiramente deformado. No entanto, não se sabe se as bandas de cisalhamento adiabático são causadas por rachaduras que crescem no material, como assumido em [25]. Se isso for verdade, a concentração de tensão na ponta da trinca pode induzir a formação da banda de cisalhamento (ver, por exemplo, [5]).

Para o modelo descrito aqui, assumimos que a segmentação de chips é causada por cisalhamento adiabático puro, sem rachaduras ocorrendo. É bastante claro que a curva de fluxo plástico eficaz de um ponto de material na faixa de cisalhamento deve mostrar um máximo para esse mecanismo manter. Usamos um campo de curva de fluxo, onde até as curvas de fluxo isotérmicas mostram um máximo. Isso é mais detalhado na Seção 4.1.

Se os chips segmentados se formarem, a concentração de cisalhamento leva a uma (quase) deformação descontínua do chip. As medidas devem ser tomadas para garantir que a malha de elementos finitos não seja muito distorcida devido a essa formação, especialmente em uma simulação usando elementos quadrilaterais.

Para resumir, a simulação deve atender aos seguintes requisitos:

uso de elementos quadrilaterais, o mais regular possível, evitando malhas extremamente distorcidas;

alta densidade de malha na zona de cisalhamento;

deformação descontínua (segmentação) do chip;

convergência do algoritmo implícito;

Uso de software padrão para portabilidade e flexibilidade.

O uso de um algoritmo para Remeshing automático é obrigatório em uma simulação de corte de metal, à medida que as distorções de elementos se tornam grandes em uma abordagem lagrangiana, garante que os elementos nunca se tornem muito distorcidos. Também pode ser usado para criar uma malha refinada na zona de cisalhamento que se move com o material (ver Fig. 6).

No entanto, os geradores de malha padrão não são capazes de lidar com as tarefas complexas envolvidas nesse problema sem dificuldades. Assim, um pré -processador foi programado que pode combater as regiões fortemente curvadas criadas pelo processo de corte usando quadriláteros. A posição da zona de cisalhamento é determinada automaticamente usando um critério geométrico e a malha é refinada lá. O pré -processador é descrito na seção a seguir. Posteriormente, são explicados detalhes do processo de criação de malha e da modelagem da segmentação.

O modelo de elemento finito

Princípios de geração de malha

O pré -processador usado (chamado Pre ÞÞ) é escrito em CÞÞ usando bibliotecas de classe padrão e, portanto, é portátil para diferentes plataformas. O pré -processador pode ser usado para calcular dados de geometria parametrizada, para que os parâmetros do modelo possam ser facilmente alterados. É aplicável a uma ampla gama de problemas em dois e (com algumas restrições) em três dimensões.

Este é um sistema elíptico quase linear de equações, que pode ser resolvido usando métodos padrão. O algoritmo de malha é geralmente usado para criar uma malha em uma região física que é o resultado de um cálculo de elementos finitos, pois é usado para automatizar o processo de lembrança. Portanto, as linhas delimitadoras são definidas pelas posições do nó da etapa de cálculo anterior e, portanto, já são discretizadas. Para resolver as equações, uma malha retangular regular é usada onde o tamanho da grade é escolhido para ser menor que a menor distância entre os nós nas superfícies delimitadoras, de modo que o contorno do antigo e da nova malha concorde de perto.

Como o número de pontos de solução deve ser bastante grande para regiões de formato irregular, é vantajoso escolher o algoritmo da solução com alguns cuidados. Decidimos um algoritmo multigrid completo, conforme introduzido por Brandt [7]. Esse algoritmo tem a vantagem de ser rápido, robusto e que também fornece uma estimativa do erro de truncamento envolvido na discretização, para que os cálculos possam ser realizados até que o erro numérico seja comparável ao erro de truncamento. Como as equações não são lineares, um método de esquema de aproximação completo (FAS) deve ser usado. A técnica multigrid depende do fato de que os métodos de relaxamento padrão (como Gauss-Seidel) são muito eficientes na redução da parte oscilante do erro da solução, enquanto a parte mais suave e de comprimento de onda grande não é muito afetada. Portanto, após algumas etapas de relaxamento, qualquer equação envolvendo o erro também pode ser representada em uma grade mais grossa com menos pontos. O relaxamento nesta grade mais grossa reduz novamente os componentes de comprimento de onda pequeno, que, no entanto, agora têm um comprimento de onda absoluto maior à medida que a grade é mais grossa. Portanto, um esquema recursivo é usado onde o erro é eficientemente reduzido em todas as escalas de comprimento envolvidas. Esse algoritmo é uma ferramenta padrão para a solução de equações elípticas, para que o leitor seja referido à literatura para obter mais detalhes [20]. Ele precisa de apenas um minuto em uma estação de trabalho padrão, mesmo quando o número de pontos de treliça é de cerca de 250.000, desde que os limites da região não sejam muito fortemente curvados. A Fig. 1 (a) mostra as linhas de coordenadas criadas com o algoritmo descrito em uma região simples.

Os cantos reentrantes na região podem resultar em uma malha fortemente deformada nas proximidades do canto. Isso pode ser evitado de duas maneiras diferentes: termos de origem adicionais podem ser introduzidos no lado direito das Eqs. (3) e (4). Esses termos de origem agem como cobranças de ponto ou região que deformam as linhas equipotenciais e podem remover as deformações. No entanto, é difícil determinar automaticamente um tamanho apropriado desses termos de origem que funcionará bem em todos

Fig. 1. Exemplos de sistemas de coordenadas gerados com o algoritmo descrito no texto:

(a) mostra uma região simples, (b) mostra uma região com um canto reentrante que é combinado dividindo -o em duas partes.

circunstâncias. Por causa disso, outra abordagem foi usada: se a malha estiver muito distorcida perto de um canto reentrante, a região será dividida em dois em uma linha começando neste canto e terminando no lado oposto da região (ver Fig. 1 (b )).

Posteriormente, o cálculo é feito em ambas as partes da região separadamente. Isso é feito de maneira automatizada e recursiva; portanto, em princípio, a divisão da região pode ser repetida arbitrariamente muitas vezes; No entanto, a memória disponível e o tempo do computador limitarão essa possibilidade. A mesma abordagem também foi usada para malha de chips segmentados.

Às vezes, a malha calculada não é satisfatória, especialmente na região próxima à ponta da ferramenta. A equação de Laplace leva a coordenar linhas que são afastadas desta região. Portanto, o pré -processador também permite o uso de uma técnica de malha mais simples, a interpolação transfinita [24]. Isso funciona especialmente bem quando o chip não é fortemente curvado, por exemplo, Quando ocorre a segmentação do Chip e cada segmento é combinado separadamente, conforme descrito na próxima seção.

Modelando segmentação de chips

As ligas de titânio formam chips segmentados em todas as velocidades de corte e sob muitas condições diferentes. Neste trabalho, assumimos que a segmentação de chips é causada apenas pela formação de banda de cisalhamento adiabática e que não ocorre falha ou rachadura material na zona de cisalhamento. Isso significa que a deformação é sempre elastoplástica e, portanto, contínua, mas a deformação pode ser extremamente forte e quase indistinguível de uma de formação descontínua. Uma abordagem alternativa é descrita em [5, 17,18].

Para combater um chip segmentado formado por cisalhamento, a topologia de malha deve ser alterada, como mostrado na Fig. 2. Aqui, uma linha de elemento na malha carrega quase toda a deformação e leva a um canto reentrante acentuado na parte traseira do chip . Semelhante à abordagem descrita na seção anterior, esse canto de reen é usado para dividir a malha em duas partes, como mostrado na parte direita da figura. Como o algoritmo de remessa exige que o número de elementos seja o mesmo na direção "vertical" em todos os segmentos (outros problemas sábios surgirão com o refinamento de malha), alguns nós aparentemente gratuitos ocorrerão. Os graus de liberdade desses nós são fixos usando uma restrição linear, de modo que a continuidade da deformação nos nós '' livres 'é garantida. Observe que a linha que liga o canto reentrante e o lado da ferramenta do chip é escolhido puramente geometricamente, ou seja, não é orientado ao longo do

Fig. 2. Remesing quando ocorre uma faixa de cisalhamento. A descontinuidade na parte traseira do chip é removida pela introdução de novos nós,

para que se misturar com quadriláteros seja fácil. Alguns nós "livres" podem ocorrer na costura entre as duas regiões de malha,

Estes são fixos usando uma restrição linear (ver Fig. 5 (b)). Observe que a densidade de malha realmente usada nas simulações de

A seção 4 é muito maior do que nos esboços mostrados nesta seção.

banda de cisalhamento. Uma vantagem desse método é que ele diminui o uso de elementos quadrilaterais e que pode ser completamente automatizado para um número arbitrário de segmentos.

Escolha do tipo de elemento

Nesta simulação, usamos elementos quadrilaterais, que têm melhores propriedades de convergência do que os elementos Triangur. Para uma simulação totalmente acoplada, usando o Remeshing Abaqus, permite apenas o uso de elementos de primeira ordem totalmente integrados.

Como nos elementos, as cepas são contínuas sobre os limites dos elementos, é necessária uma alta densidade de malha em regiões de fortes formações de plástico DE, a fim de resolver grandes gradientes de deformação. Como as grandes cepas plásticas (sem mudança de volume) devem ser esperadas durante a simulação, elementos com graus adicionais de liberdade são geralmente preferidos nas simulações de corte de metal. No entanto, no sistema ABAQUS, a Remeshing Dynamic (Rezoning) com esses elementos não é possível.

No entanto, várias simulações de corte sem zoneamento foram realizadas comparando o comportamento de elementos padrão com elementos com uma formação híbrida (usando um grau adicional de liberdade para a pressão). Os desvios entre esses dois tipos de elementos estavam geralmente abaixo de 1% para quantidades locais, como deformação plástica, estresse ou pressão de Mises. Somente em um caso, onde um elemento foi extremamente distorcido (mudança de ângulo interno maior que 60 ° em um modo de não cisalhamento), ocorreu uma diferença de cerca de 10% no elemento; Quantidades globais como forças de corte eram menos afetadas. Uma simulação com Remeshing, que substituiria esse elemento por uma melhor forma, seria ainda mais precisa. A razão para o bom comportamento dos elementos padrão é provavelmente o fato de que a retirada frequente e uma malha bem projetada com alta densidade que podem acomodar o movimento de cisalhamento na zona de cisalhamento permitem que os elementos padrão representem as cepas plásticas razoavelmente bem.

Para verificar ainda mais a ausência de bloqueio de cisalhamento, uma comparação com uma simulação com elementos com integração reduzida foi comparada a uma com os elementos totalmente integrados de DeScribed. Infelizmente, não é possível em Abaqus usar elementos de integração reduzidos com um cálculo de temperatura. No entanto, usando uma curva de fluxo de plástico com amolecimento de tensão, como escribado na Seção 4.1, os chips segmentados são formados em tal simulação, para que o comportamento de deformação do modelo possa ser verificado. Comparando elementos totalmente integrados e reduzidos, verificou -se que o padrão geral de formação é semelhante, mas a segmentação é mais forte usando os elementos totalmente integrados. Isso é esperado, pois esses elementos têm mais pontos de integração são, portanto, mais adequados para resolver altos gradientes durante um processo de lembrança. Se o bloqueio de cisalhamento estivesse presente, esse não seria o caso.

Além disso, o efeito da densidade da malha também foi estudado, usando uma lei material sem tensão macia, para que a largura de uma faixa de cisalhamento não seja determinada pelo tamanho do elemento. (Esta simulação será descrita em mais detalhes em outros lugares [6].) Comparando dois cálculos com 48 e 64 elementos na direção da espessura do chip leva a chips quase idênticos, enquanto a diferença na força de corte é <5%. Finalmente, também foi feita uma participação com um modelo explícito simples sem retirada e com elementos de integração reduzida. O modelo explícito mostra um menor grau de segmentação de chips e forças de corte cerca de 10% maiores do que no modelo implícito.

Escolha da malha inicial

Embora o próprio cálculo da malha seja bastante eficaz com o algoritmo descrito acima, ele ainda é um processo um tanto caro, especialmente porque todos os dados materiais devem ser interpolados nos pontos de integração da nova malha.

Assim, a lembrança descrita abaixo deve ser feita o mais raramente possível.

A necessidade de retirada frequente pode ser reduzida se os elementos na malha não distorcerem muito rapidamente no curso da simulação. Isso pode ser alcançado pela assinatura da malha de tal maneira que a forma dos elementos dentro da zona de cisalhamento tende a se tornar mais em vez de menos regular. A Fig. 3 (à esquerda) mostra como as linhas de malha devem estar na região de um chip deformado. Para obter elementos com essa forma durante a simulação, a malha no material não deformada deve ser distorcida. O "mapeamento de volta" da estrutura deformada à não deformada é feita de heuristicamente: assumindo que a espessura do chip é semelhante à profundidade de corte, uma malha como mostrado na Fig. 3 (direita) terá as propriedades desejadas. A divisão do contorno da região do chip em quatro partes foi feita de maneira a garantir que, pelo menos aproximadamente, as quatro partes correspondam às quatro regiões de superfície do chip já formado. Se não ocorrer um alongamento ou encurtamento forte de chip, a posição das quatro linhas poderá ser facilmente calculada a partir da profundidade de corte.

Esse método de malha resulta em um pequeno número de elementos distorcidos. Estes, no entanto, geralmente estão em uma região em que não ocorrem fortes gradientes de deformação e tensões e, portanto, não influenciam o resultado geral de maneira negativa.

Algumas simulações foram realizadas com um modelo baseado nessa malha auto-improvável, sem a necessidade de qualquer retirada durante a simulação. Para a simulação de todo o problema, incluindo segmentação de chips, a Remeshing é obrigatória.

Fig. 3. Projeto da malha inicial com elementos de melhoria da forma. Primeiro, uma malha para o chip deformada foi projetada.

Pelo cálculo traseiro dessa forma, é alcançada uma forma inicial de malha, onde a forma do elemento melhorará a deformação.

A espessura do chip determina o ponto final da superfície superior.

Remesagem

A técnica de lembrança utilizada é semelhante ao chamado método arbitrário Langangian -Euleriano descrito em [4]. Durante a simulação, uma lembrança é feita se ocorrerem problemas de convergência devido a elementos fortemente deformados ou se a ferramenta tiver avançado por uma certa distância predefinida. O contorno da região material é então armazenado e uma nova malha é calculada nesta região, que é topologicamente equivalente à malha antiga, mas mais regular. Este cálculo é feito usando o algoritmo descrito na Seção 3.1. Posteriormente, os dados antigos da solução (parâmetros de material local, como cepas plásticas, temperaturas etc.) são interpoladas na nova malha. Esta última etapa pode ser executada automaticamente pelo ABAQUS.

O algoritmo de lembrança subjacente prossegue em duas etapas [2]. Na primeira etapa, os valores de todas as variáveis ​​da solução são obtidos nos nós da malha antiga por extrapolação desses valores dos pontos de integração e média de todos os elementos adjacentes a cada nó. Em uma segunda etapa, os pontos de integração da nova malha estão localizados e as variáveis ​​interpoladas dos nós na malha antiga até os pontos de integração na nova malha. Alguma descontinuidade pode ser esperada nas variáveis ​​devido a essa técnica, e a média realizada pode levar a um leve enfraquecimento de fortes gradientes na solução. Portanto, a malha fina na zona de cisalhamento é obrigatória. Nas simulações mostradas abaixo, foi verificado cuidadosamente que gradientes fortes foram apenas levemente enfraquecidos durante uma etapa de remessa, ou seja, gráficos de quantidades de contorno como a deformação plástica eram quase indistinguíveis e a largura da zona de cisalhamento aumentou apenas ligeiramente.

Um detalhe de uma malha antes e depois de uma etapa de remessa foi mostrado na Fig. 2; Lá, a densidade da malha estava enrugada durante a Remeshing. A Fig. 4 mostra outro exemplo para o caso de um chip contínuo com menor densidade de malha. Pode -se ver claramente como os elementos distorcidos são substituídos por formas mais regulares.

Uma difusão especial surge para se retirar a ferramenta e a ferramenta de superfícies de contato: o algoritmo de contato do ABAQUS/padrão falha ao convergir se as posições do nó nas recém -remessas da superfície diferirem mesmo ligeiramente dos valores antigos [1]. Os cuidados especiais devem ser tomados para garantir que os nós novos e antigos nas superfícies de contato coincidam exatamente, como pode ser visto, p. da Fig. 4.

Fig. 4.Detail da região do chip antes e após a manutenção de um chip contínuo com baixa densidade de malha.

A nova malha é mais regular, especialmente na zona de cisalhamento onde estão presentes altos gradientes

Necessidade de refinamento de malha

Já foi afirmado que é necessária uma malha muito fina na zona de cisalhamento para resolver os gradientes de tensão e deformação ocorridos. São necessários elementos com um comprimento de borda da ordem de 1 Lm. O uso de elementos desse tamanho em toda a malha exigiria o uso de mais de 100.000 elementos, o que é muito alto, pois o cálculo deve ser realizado em uma estação de trabalho padrão e precisa de várias centenas ou até milhares de incrementos de tempo para formar um chip.

Como a Remeshing é feita de qualquer maneira durante a simulação para garantir elementos bem formados, essa lembrança também pode ser usada para criar uma zona de refinamento de malha na zona de cisalhamento. A zona de cisalhamento se move através do material, de modo que a zona de refinamento precisa mudar seu lugar de acordo.

Duas técnicas para refinamentos são amplamente utilizadas: a primeira é um refinamento geométrico usando elementos trapezoidais (em uma malha quadrada) para corresponder ao mais refinador da região de malha mais grossa (ver Fig. 5 (a)). Essa abordagem tem a vantagem de que os ângulos dentro dos elementos trapezoidais são apenas metade dos quadrados subjacentes. Se um mapeamento for feito em uma região distorcida para que os ângulos de elementos sejam menores que 90 °, esse método pode levar a ângulos internos muito pequenos dos elementos trapezoidais.

A abordagem alternativa é refinar a malha diretamente, como mostrado na Fig. 5 (b). Essa malha viola a condição de que nenhum nós livre deve ocorrer dentro de uma malha. Para contornar isso, os graus de liberdade dos nós aparentemente livres são calculados pela interpolação linear dos nós adjacentes. Este método é recomendado em [1] e é usado para esta simulação.

Com essa técnica de refinamento, um forte refinamento de malha na zona de cisalhamento pode ser facilmente criado. A Fig. 6 mostra essa malha para um processo de corte contínuo com comprimentos de borda do elemento dentro da zona de cisalhamento oito vezes

Fig. 6. Visão geral do modelo completo de elementos finitos com forte refinamento de malha na zona de cisalhamento.

O final do chip pode ser mais grosso que a zona de cisalhamento, pois sem deformação plástica

ocorrerá lá. Veja a Fig. 11 para malha de um chip segmentado.

Menor do que aqueles que estão longe disso. Esse método reduz o número de elementos por um fator de dez ou mais e, portanto, leva a uma imensa economia do tempo do computador. Para uma grande deformação plástica, essa estratégia de refinamento de malha pode levar ao bloqueio dos elementos. Como a zona do refinamento sempre foi escolhida para estar longe da zona de cisalhamento, onde nenhuma deformação plástica ocorre, isso

não é problemático para esta simulação.

Modelagem de separação de material

Um aspecto importante das simulações de corte de metal é a modelagem correta da separação de material na frente da ferramenta. Possíveis abordagens são predefinar uma linha de separação e, em seguida, separar os nós nessa linha quando um determinado critério é atingido ou usar uma abordagem mais flexível, onde a linha de separação é determinada por um critério físico, que pode usar um critério de estresse crítico ou um modelo de dano para determinar a separação. Essa última abordagem, embora mais próxima da realidade física, tem a desvantagem de ser mais complicado de implementar e de escolher um critério de separação de material correto. Especialmente no regime de alta velocidade, os critérios confiáveis ​​não são conhecidos. Uma terceira abordagem também é possível: nenhuma separação de material verdadeira pode ser feita e o processo de usinagem é considerado um processo de deformação pura, semelhante à forjamento. Para esta simulação, dois modelos foram usados ​​para verificar a influência dos critérios de separação nos resultados.