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Erschienen in: Arabian Journal for Science and Engineering 12/2021

09.06.2021 | Research Article-Mechanical Engineering

Comparison of Coupled Eulerian–Lagrangian and Coupled Smoothed Particle Hydrodynamics–Lagrangian in Fluid–Structure Interaction Applied to Metal Cutting

verfasst von: Haithem Khochtali, Ikram BenBelgacem, Farhat Zemzemi, Wacef Bensalem

Erschienen in: Arabian Journal for Science and Engineering | Ausgabe 12/2021

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Abstract

The aim of this work is to investigate a fluid–structure interaction problem, in which the chip formation and the fluid flow are coupled. Two simulation methods are developed in the commercial finite-element code ABAQUS/Explicit: the coupled Smoothed Particle Hydrodynamics–Lagrangian (SPH-L) approach and the coupled Eulerian–Lagrangian (CEL) approach. The models combine the Lagrangian approach to model the structure and the SPH/Eulerian approach to model the fluid. The simulation results are compared to analyze the advantages and limitations of the two simulation methods. The mechanical and thermal effects induced by the coolant are investigated apart. A proper user subroutine is developed to apply the heat transfer by convection induced by the fluid. The validation of the proposed models is carried out by comparing the predicted results with the experimental evidence. In general, both models show a great capability of modeling the cutting process. The percentage error between the experimental and predicted cutting forces and chip geometry is lower than 5% and 30%, respectively. The required CPU time to simulate 1.8 ms real-time simulation is 5 h 8 min with the CEL approach and 6 h 48 min with the coupled SPH-L approach. It is also found that the temperature distribution along the tool rake face is significantly decreased by up to 310 °C under the CEL approach and by up to 230 °C under the coupled SPH-L approach. However, the temperature at the tool tip recorded under both techniques is not affected and keeps a near constant value around 720 °C.

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Literatur
11.
Zurück zum Zitat Ben Belgacem, I.; Cheikh, L.; Barhoumi, E.M.; Khan, W.; Ben Salem, W.: Validation of SPH-FE numerical modeling of the interaction between a high-speed water jet and a PMMA target by cel model and experimental study. Int. J. Nonlinear Sci. Numer. Simul. 21, 227–238 (2020). https://doi.org/10.1515/ijnsns-2017-0282CrossRefMATH Ben Belgacem, I.; Cheikh, L.; Barhoumi, E.M.; Khan, W.; Ben Salem, W.: Validation of SPH-FE numerical modeling of the interaction between a high-speed water jet and a PMMA target by cel model and experimental study. Int. J. Nonlinear Sci. Numer. Simul. 21, 227–238 (2020). https://​doi.​org/​10.​1515/​ijnsns-2017-0282CrossRefMATH
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Zurück zum Zitat Messahel, R.; Rochelle, L. : ALE and SPH formulations for fluid structure interaction: shock waves impact. Université de Lille 1 – Sciences et Technologies Ecole (2016) Messahel, R.; Rochelle, L. : ALE and SPH formulations for fluid structure interaction: shock waves impact. Université de Lille 1 – Sciences et Technologies Ecole (2016)
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Zurück zum Zitat Ayed, Y.: Approches expérimentales et numériques de l’usinage assisté jet d’eau haute pression : étude des mécanismes d’usure et contribution à la modélisation multi-physiques de la coupe, École Nationale Supérieure d’Arts et Métiers (2014) Ayed, Y.: Approches expérimentales et numériques de l’usinage assisté jet d’eau haute pression : étude des mécanismes d’usure et contribution à la modélisation multi-physiques de la coupe, École Nationale Supérieure d’Arts et Métiers (2014)
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Zurück zum Zitat Rohsenow, Y.; Hartnett, W.M.; Cho, J.R.: Handbook of heat transfer, vol. 1 (1998) Rohsenow, Y.; Hartnett, W.M.; Cho, J.R.: Handbook of heat transfer, vol. 1 (1998)
Metadaten
Titel
Comparison of Coupled Eulerian–Lagrangian and Coupled Smoothed Particle Hydrodynamics–Lagrangian in Fluid–Structure Interaction Applied to Metal Cutting
verfasst von
Haithem Khochtali
Ikram BenBelgacem
Farhat Zemzemi
Wacef Bensalem
Publikationsdatum
09.06.2021
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Arabian Journal for Science and Engineering / Ausgabe 12/2021
Print ISSN: 2193-567X
Elektronische ISSN: 2191-4281
DOI
https://doi.org/10.1007/s13369-021-05737-x

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