Materiaalimallien kehitys ja materiaaliparametrien määrittäminen lastuavan työstön simulointia varten

Sampsa Vili Antero Laakso

    Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

    Abstrakti

    Lastuava työstö on kompleksinen fysikaalinen prosessi jossa prosessiparametrien vaikutukset ovat kytköksissä toisiinsa. Tämän havainnollistamiseksi on tehty graafi-analyysi, jossa kunkin prosessiparametrin kytkökset toisiinsa on esitetty vuorovaikutusverkkona. Lastuavan työstön systemaattisen kehittämäisen avuksi on olemassa työkaluja, kuten elementtimenetelmä, jolla pystyy laskemaan usean prosessiparametrin vaikutukset yhtäaikaisesti. Lastuavan työstön simuloinnilla voidaan saavuttaa merkittävää hyötyä optimoimalla kustannuksia ja laatua. Erityisesti viimeaikainen kiinnostus teollisuudessa digitaaliseen valmistukseen, suunnitteluautomaatteihin, älykkäisiin järjestelmiin ja teolliseen internetiin on tuonut lastuavan työstön mallintamisen tutkimuksen ajankohtaiseksi. Lastuavan työstön elementtimallintamista on tutkittu muutama vuosikymmen, ja menetelmä alkaa olla riittävän kehittynyt, jotta sitä voidaan soveltaa teollisuudessa. Muutamia kaupallisia mallinnusohjelmistoja on jo markkinoilla ja jotkut, erityisesti sota ja ilmailuteollisuuden yritykset ovat alkaneet soveltaa menetelmää. Menetelmän haasteena ovat materiaalimallit. Vaikka ohjelmistoissa on laajat materiaalikirjastot, ne eivät sisällä läheskään kaikkia teollisuudessa käytettyjä materiaaleja. Kun materiaalia ei löydy kirjastosta, materiaalimallin laatiminen vaatii aikaa, erikoisosaamista ja kustannukset ovat korkeat. Tässä väitöskirjassa tutkitaan perinteisen materiaalimallinnuksen haasteita ja haetaan vaihtoehtoista tapaa materiaalikarakterisoinnille. Vaihtoehtoiseksi tavaksi esitetään lastuamiskokeiden käyttämistä materiaaliparametrien määrittämiseksi. Tätä varten käytetään analyyttistä lastuamismallia, jonka avulla lastuamiskokeista mitattavat suureet voidaan kytkeä materiaalimallissa esiintyvien suureiden kanssa. Menetelmällä saadut malliparametrit todennetaan simulaatioilla ja lastuamiskokeilla. Tämän lisäksi esitetään uutta materiaalimallia, joka pystyy mallintamaan lämpöpehmenemisen vaimentumisen. Lämpöpehmenemisen vaimentuminen huomattiin koearvoista, joita käytettiin perinteisen menetelmän arviointiin. Tutkimusmenetelmät tässä väitöskirjassa ovat lastuamiskokeet, materiaalikokeet, analyyttinen mallinnus ja simulaatiot. Tulokset osoittavat että lastuamiskokeiden käyttäminen materiaalimallinnukseen on mahdollista ja menetelmässä on käytännön kannalta potentiaalia. Lisähuomiona työssä todetaan materiaalikokeiden koeympäristön poikkeavan lastuamisen ympäristöstä siinä määrin, että pelkkien materiaalikokeiden arvojen käyttäminen lastuamisen mallintamiseen johtaa merkittävään virheeseen.
    Julkaisun otsikon käännösMateriaalimallien kehitys ja materiaaliparametrien määrittäminen lastuavan työstön simulointia varten
    AlkuperäiskieliEnglanti
    PätevyysTohtorintutkinto
    Myöntävä instituutio
    • Aalto-yliopisto
    Valvoja/neuvonantaja
    • Niemi, Esko, Vastuuprofessori
    Kustantaja
    Painoksen ISBN978-952-60-6523-6
    Sähköinen ISBN978-952-60-6524-3
    TilaJulkaistu - 2015
    OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Tutkimusalat

    • elementtimenetelmä
    • lastuava työstö
    • Johnson-Cook malli
    • inversio-analyysi
    • graafi-analyysi
    • suuren muodonmuutosnopeuden materiaalikokeet
    • sorvaaminen
    • lastuamisvoima
    • Oxleyn malli
    • tasasivuisen muodonmuutosvyöhykkeen malli

    Sormenjälki

    Sukella tutkimusaiheisiin 'Materiaalimallien kehitys ja materiaaliparametrien määrittäminen lastuavan työstön simulointia varten'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

    Siteeraa tätä