### ANSYS 2D 金属切削模拟仿真步骤详解
#### 一、概述
ANSYS是一款功能强大的工程仿真软件，广泛应用于多个领域的数值模拟与分析之中。本文将详细介绍使用ANSYS进行2D金属切削模拟的具体步骤，适用于初学者作为有限元分析（FEM）的入门教程。
#### 二、环境配置
1. **启动ANSYS Launcher**：首先打开ANSYS Launcher，并选择ANSYS Mechanical/LS-DYNA。
2. **菜单过滤**：进入软件后，在主菜单中选择`Preprocessor → LD-DYNA Explicit`，点击`OK`确认。
#### 三、文件与项目设置
1. **设置文件名**：通过`Utility Menu → File → change Jobname`来更改工作文件名称为`2Dcutting`，同时勾选`New log and error file`选项，点击`OK`。
2. **设置项目标题**：使用`Utility Menu → File → change Title`设置项目标题为`cutting analysis`，然后点击`OK`确认。
#### 四、定义单元类型
1. **选择单元类型**：在主菜单中选择`Mainmenu → Preprocessor → ElementType → Add/Edit/Delete`，添加2D固体单元类型，编号为162，选择`const.stress`和`Lagrangian`选项，点击`OK`确认。
#### 五、定义材料模型
1. **定义刀具材料模型**：
- 通过`Mainmenu → Preprocessor → Material Props → Material Models → rigid material`定义刀具材料模型，输入密度`DENS：5.2e3`，杨氏模量`EX：4.1e11`，泊松比`NUXY：0.3`，选择`Y and Z disps`以及`All rotations`，最后点击`OK`确认。
2. **定义工件Johnson-Cook材料模型**：
- 通过`Mainmenu → Preprocessor → Material Props → Material Models → Gruneisen → Johnson-Cook`定义工件材料模型，输入密度`DENS：7.8e3`，杨氏模量`EX：2.06e11`，泊松比`NUXY：0.3`，参数`A：507`，`B：320`，`C：0.28`，`n：0.064`，`m=1.06`，以及损伤参数`D1：0.15`，`D2：0.72`，`D3：1.66`，`D4：0.005`，`D5：-0.84`。
#### 六、创建几何模型
1. **创建工件模型**：在主菜单中选择`Mainmenu → Preprocessor → Create → Areas → Rectangle → By Dimensions`，输入尺寸`X1，X2：0，5`；`Y1，Y2：0，3`，点击`OK`确认。
2. **创建刀片模型**：
- 在主菜单中选择`Mainmenu → preprocessor → Create → Keypoints → In Active CS`，依次定义刀片关键点坐标：
- `keypoint number：5`，`X、Y、Z：5.1，2.9，0`
- `keypoint number：6`，`X、Y、Z：6，3.228，0`
- `keypoint number：7`，`X、Y、Z：6，4，0`
- `keypoint number：8`，`X、Y、Z：5.294，4，0`
#### 七、网格划分
1. **对刀片进行网格划分**：
- 选择`Utility Menu → Select → Entities → Lines：By Num/Pick`，应用选择刀片边线，点击`OK`。
- 使用`Mainmenu → preprocessor → Meshing → Size controls → Manual size → Lines → All lines`设置刀片边线网格划分，`NDIV：10`。
- 选择`Mainmenu → preprocessor → Meshing → Mesh Attributes → Picked Aeras`，选择刀片，应用材料号和单元类型号为1。
- 最后使用`Main menu → preprocessor → Meshing → Mesh Tool → Mesh：Aeras；shape：Tri；free`，选择刀片进行网格划分。
2. **对刀尖半圆进行网格划分**：
- 同样地，使用`Utility Menu → Select → Entities → Lines：By Num/Pick`选择刀尖半圆，点击`OK`。
- 使用`Mainmenu → preprocessor → Meshing → Size controls → Manual size → Lines → All lines`设置刀尖半圆的网格划分，`NDIV：3`。
3. **对工件进行网格划分**：
- 首先需要切分工件，使用`Utility menu → Workplane → Wpsettings → Grid and Triad`设置工作平面网格范围，最小值、最大值为`-5,5`；间距为`1.0`，点击`OK`。
- 平移和旋转工作平面，并用其切分工件：使用`Utility menu → Workplane → Offset wp by increments`，设置偏移量`X，Y，Z offsets：0，2.5，0`；角度`XY，YZ，ZX angle：0，90，0`，点击`OK`。
- 利用`Mainmenu → preprocessor → Modeling → operate → Booleans → Divide → Areas by wkplane`来切分工件，点击`OK`。
- 取消工作平面显示：使用`Utility menu → workplane → Display working plane`。
- 等分接触区域相关Y向线段：使用`Utility Menu → Select → Entities → Lines：By Num/Pick`选择工件接触区Y向线段（两条），点击`OK`。
- 使用`Mainmenu → preprocessor → Meshing → Size controls → Manual size → Line`进行进一步的网格控制。
通过以上步骤，我们完成了2D金属切削模拟的基本设置。这些步骤是有限元分析的基础，对于初学者来说非常重要。掌握了这些基础知识之后，可以逐步深入学习更复杂的模拟和分析技术。
