金屬塑性成形模擬-軋制

2017-08-25  by:CAE仿真在線  來源:互聯網

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,多場耦合等難點,因此分析起來會比較麻煩。這里面有些問題像彎曲,模鍛使用ansys靜力分析結合網格重畫分技術能夠較好的模擬,有些則不得不使用ls-dyna或abaqus之類的顯示動力分析軟件進行分析(強大的接觸算法與時間積分能力)。本文主要使用ls-dyna對三輥行星軋制這一工藝進行模擬,前處理流程在hypermesh13.0中完成,主要參考文獻:《三輥行星軋機軋制過程分析》-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:軋件直徑30mm,長度100mm,軋輥大端直徑94mm,小端直徑30mm,厚度55.43mm,傾斜角與偏轉角分別為40°與15°,下面是建立好的三維模型(使用solidworks的3D草圖技術能較為方便地建立軋輥軸線):

為了降低計算規模,將軋輥看成剛體,使用殼單元進行模擬,厚度定為1mm,軋件使用實體單元solid164進行模擬。

3.網格劃分

將上述建立好的幾何模型另存為x_t格式文件,導入hypermesh中,進行網格劃分,得到如下網格模型(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定義為塑性動力學材料。

5.約束及載荷

軋輥施加18.85rad/s恒定轉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系平行,因此需要設置軋輥的局部坐標系。將建立好的局部坐標系分別賦予軋輥的剛體材料上,并約束除了轉軸方向的所有自由度,如下:

其中11是一號軋輥的局部坐標系,1111110表示約束在該局部坐標系下的x,y,z位移與繞x,y的轉動。Com置為-1表示采用局部坐標系,否則使用總體坐標系。

每一個軋輥約束好之后,采用*boundary_motion_prescribed_rigid_local關鍵字定義軋輥在局部坐標系下的轉動,如下:

其中dof置為7表示施加的為繞局部坐標系Z軸的轉動,lcid為定義的載荷曲線,這里比較簡單,定義常載荷曲線即可。

軋件的初速度使用關鍵字*initial_velocity_generation進行定義,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,這里由于三輥對稱就不進行約束。

6.接觸設置

將三個軋輥組建為一個set,定義軋件與改set的面面接觸,設置動靜摩擦系數均為0.5,其余默認即可。

7.求解設置

設置分析時間為0.2s,結果按每0.001s進行導出,時間子步設置默認,接觸控制采用默認剛度,打開殼體厚度檢測開關,打開能量控制開關。設置完畢后,導出為ls_dyna960模板,直接提交給其主程序進行求解。

8.結果查看

0.05s應力云圖

0.1s應力云圖

0.2s應力云圖

總體應力云圖動畫

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