ABAQUS應用篇——接觸、彈塑性

2017-03-18 by:CAE仿真在線來源:互聯網

本文主要通過輥壓案例介紹Abaqus關于接觸和彈塑性的應用,用戶可理解為提高篇。本文靈感來源于曹金鳳老師和石亦平老師編寫的《ABAQUS有限元分析常見問題解答》。作者根據輥壓應用,將接觸和彈塑性融合到一起。

關鍵詞:接觸、彈塑性

一、輥壓介紹

輥壓工藝是根據材料的彈塑性理論,通過滾輪的擠壓滾動,將來料進行成形的一種工藝。通過選擇不同的輥輪及輥輪組合,我們可以得到豐富的零件形狀。輥壓成形應用十分廣泛,例如汽車、電池等行業。下圖連續材料輥壓變薄的雙輥輥壓示意圖。

此輥壓工藝主要由上下兩個輥輪,下輥輪位置固定,上輥輪位置可調。工作前,上輥輪通過液壓被抬起,進行材料穿帶,然后向下加壓,形成固定壓力,上下輥輪同速運動,材料收前后張力控制完成送料收料,形成連續輥壓成形。

二、模型簡化

首先我們將三維問題簡化為二維問題,其次輥壓過程看看做為上下對稱模型,因此我們將二維模型繼續簡化為對稱模型,截取模型的一半進行建模分析。

通過輥壓工藝步驟,整個步驟可分為兩步:上輥輪加壓下壓和輥動輥壓。由于此部分涉及輥輪與來料接觸問題及彈塑性問題,我們選用Abaqus Explicit進行求解。考慮在下壓過程中需要達到靜力平衡,位移邊界條件很容易達到靜力平衡,所以我們在輥輪下壓前增加一個小位移分析步,以達到初始過盈接觸的平衡條件,便于加力后的分析。因此整個仿真分析可通過三個分析步(考慮起始步,四個分析步)完成。

1)小位移(初始過盈接觸)分析步

2)外力下壓分析步

3)輥壓分析步

三、幾何建模及網格劃分

建立輥輪和來料板材二維裝配體,滾輪與來料距離設定為1。由于存在接觸,我們將輥輪接觸面及來料板材接觸面進行網格細化。

來料板材采用結構化技術(Structured Technique)網格劃分方法、采用單邊偏離(Single Bias)邊線布種、Explicit單元CPE4R。如下圖,接觸部分網格比其他區域要細。

輥輪網格劃分采用通過草圖分割面(Partition Faces:Sketch)四分割滾輪二維幾何、對分割線采用單邊偏離(Single Bias)邊線布種,結構化技術(Structured Technique)網格劃分方法、單邊偏離(Single Bias)邊線布種、xplicit單元CPE4R,如下圖。