材料の数値シミュレーション

2023 年 3 月 17 日

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国際エクストリーム・マニュファクチャリング・ジャーナルによる

International Journal of Extreme Manufacturing に掲載されたこの論文では、ハルビン工業大学、華中科学技術大学、貴州大学、ルール大学ボーフムの研究者らが、ワークピースの特性と微細構造の影響に対処する際の数値シミュレーションの適用に関する簡単なレビューを発表しています。金属、硬脆性材料、複合材料など、さまざまな種類のワーク材料のダイヤモンド切削機構上の材料。

さらに、難削材のダイヤモンド切断に外部エネルギー場を適用する効果についても説明します。

多結晶材料のダイヤモンド切断における単結晶粒子間の異方性変形挙動は、結晶塑性有限要素シミュレーションによって顕微鏡スケールで十分に説明でき、これは形成メカニズムの基本的な理解と、結晶粒界表面ステップの抑制戦略の基礎を提供します。加工された表面。

切削温度に応じた工具とチップの摩擦状態の変化は、有限要素モデルに組み込まれた熱機械結合の固着滑り摩擦基準によって効果的に捉えることができます。 また、切削工具にテクスチャーを導入することでダイヤモンド工具の摩耗を抑制することができます。

シミュレーションによる相変態と亀裂現象の基本的な理解は、硬脆性材料の脆性から延性への転移メカニズムを明らかにするために重要であり、延性の機械加工性を向上させるための最適化されたパラメーターの合理的な選択が可能になります。

物理ベースの数値モデルは、複合材料の実験データと一致する予測結果を提供するために重要です。 複合材料のダイヤモンド切削の数値シミュレーションで工具相相互作用を正確に表現するには、強化相の実際の微細構造特性と強化相マトリックス界面の適切な処理が本質的に必要です。

外部場（振動場、熱場、イオン注入場）の構成と、物理的損失を生じることなくワークピース材料とそれらが相互作用することは、数値計算によって機械加工性を向上させた、機械加工が難しい材料の場支援ダイヤモンド切削のメカニズムを明らかにするために重要です。シミュレーション。

主任研究者の一人であるJunjie Zhang教授は、「表面サイズ効果が顕著な原子スケールでの材料の加工を扱う原子および原子に近いスケールの製造では、超精密ダイヤモンドカットも重要な役割を果たします」とコメントした。達成可能なサブナノメートルの加工精度に大きな役割を果たします。」

「顕微鏡スケールでの有限要素シミュレーションやナノスケールでの分子動力学シミュレーションなどのマルチスケール数値シミュレーションは、材料の変形など、さまざまな材料の進行中のダイヤモンド切断プロセスに対する動的な洞察を提供できるため、より一般的になりました。 、切りくず形成、切削抵抗の進化、および面形成。

筆頭著者のLiang Zhao博士は、「ダイヤモンドの切断プロセスの探索に利用されるさまざまなシミュレーション手法が幅広く応用されているにもかかわらず、予測結果と実験データをより適切に比較するために対処する必要がある問題や課題がまだ存在する。」とコメントした。

「今回の研究では、特性、微細構造、成分が異なるさまざまな材料のダイヤモンド切断に関する高度な数値シミュレーションの最近の進歩についてコンパクトにレビューします。この研究で報告されている側面は、ダイヤモンドの数値シミュレーションのガイドラインを示しています。さまざまな材料に対する超精密機械加工に対応します。」

ルール大学ボーフム先端材料シミュレーション学際センター所長のアレクサンダー・ハルトマイヤー教授は、「材料指向のダイヤモンド切断の数値シミュレーションに関する将来の研究は、高精度の物理ベースの有限モデルの開発からさらに推奨される可能性がある」と述べた。 、主に実験データと比較して高度な構造材料のシミュレーション結果の予測精度を向上させることを目的としています。」

詳しくは： Liang Zhao 他、材料指向の超精密ダイヤモンド切削の数値シミュレーション: レビューと展望、International Journal of Extreme Manufacturing (2023)。 DOI: 10.1088/2631-7990/acbb42

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