金屬塑性成形模擬-軋制

2017-08-25 by:CAE仿真在線來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)

1.前言

彎曲、擠壓、模鍛、軋制、沖裁等等都是比較成熟的金屬塑性成形工藝。相比于一般的靜強(qiáng)度分析,這些工藝的模擬往往涉及材料非線性,接觸非線性,大變形,多場(chǎng)耦合等難點(diǎn),因此分析起來(lái)會(huì)比較麻煩。這里面有些問(wèn)題像彎曲,模鍛使用ansys靜力分析結(jié)合網(wǎng)格重畫(huà)分技術(shù)能夠較好的模擬,有些則不得不使用ls-dyna或abaqus之類(lèi)的顯示動(dòng)力分析軟件進(jìn)行分析(強(qiáng)大的接觸算法與時(shí)間積分能力)。本文主要使用ls-dyna對(duì)三輥行星軋制這一工藝進(jìn)行模擬,前處理流程在hypermesh13.0中完成,主要參考文獻(xiàn):《三輥行星軋機(jī)軋制過(guò)程分析》-岳峰麗。

2.幾何模型建立

幾何模型可以在任意一款三維建模軟件中建立,主要參數(shù):軋件直徑30mm,長(zhǎng)度100mm,軋輥大端直徑94mm,小端直徑30mm,厚度55.43mm,傾斜角與偏轉(zhuǎn)角分別為40°與15°,下面是建立好的三維模型(使用solidworks的3D草圖技術(shù)能較為方便地建立軋輥軸線):

為了降低計(jì)算規(guī)模,將軋輥看成剛體,使用殼單元進(jìn)行模擬,厚度定為1mm,軋件使用實(shí)體單元solid164進(jìn)行模擬。

3.網(wǎng)格劃分

將上述建立好的幾何模型另存為x_t格式文件,導(dǎo)入hypermesh中,進(jìn)行網(wǎng)格劃分,得到如下網(wǎng)格模型(使用ls-dyna960模板):

4.材料屬性定義

軋件與軋輥的材料屬性如論文中所示:

其中軋輥使用*mat20定義為剛體材料,軋件使用*mat3定義為塑性動(dòng)力學(xué)材料。

5.約束及載荷

軋輥施加18.85rad/s恒定轉(zhuǎn)速并限制其他方向位移,軋件施加沿x方向50mm/s的初速度以便順利咬入軋輥中。由于軋輥的軸線并不與總體坐標(biāo)系平行,因此需要設(shè)置軋輥的局部坐標(biāo)系。將建立好的局部坐標(biāo)系分別賦予軋輥的剛體材料上,并約束除了轉(zhuǎn)軸方向的所有自由度,如下:

其中11是一號(hào)軋輥的局部坐標(biāo)系,1111110表示約束在該局部坐標(biāo)系下的x,y,z位移與繞x,y的轉(zhuǎn)動(dòng)。Com置為-1表示采用局部坐標(biāo)系,否則使用總體坐標(biāo)系。

每一個(gè)軋輥約束好之后,采用*boundary_motion_prescribed_rigid_local關(guān)鍵字定義軋輥在局部坐標(biāo)系下的轉(zhuǎn)動(dòng),如下:

其中dof置為7表示施加的為繞局部坐標(biāo)系Z軸的轉(zhuǎn)動(dòng),lcid為定義的載荷曲線,這里比較簡(jiǎn)單,定義常載荷曲線即可。

軋件的初速度使用關(guān)鍵字*initial_velocity_generation進(jìn)行定義,如下:

為了使軋件不便宜軸線,最好約束軋件中軸線的徑向位移,這里由于三輥對(duì)稱(chēng)就不進(jìn)行約束。

6.接觸設(shè)置

將三個(gè)軋輥組建為一個(gè)set,定義軋件與改set的面面接觸,設(shè)置動(dòng)靜摩擦系數(shù)均為0.5,其余默認(rèn)即可。

7.求解設(shè)置

設(shè)置分析時(shí)間為0.2s,結(jié)果按每0.001s進(jìn)行導(dǎo)出,時(shí)間子步設(shè)置默認(rèn),接觸控制采用默認(rèn)剛度,打開(kāi)殼體厚度檢測(cè)開(kāi)關(guān),打開(kāi)能量控制開(kāi)關(guān)。設(shè)置完畢后,導(dǎo)出為ls_dyna960模板,直接提交給其主程序進(jìn)行求解。

8.結(jié)果查看