金属塑性成形过程模拟大学.doc
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1、金属塑性成形过程模拟材型10-3班畅波20100865一、模拟题目采用ANSYS对圆柱形紫铜管进行挤压分析。如下图示,图1为圆柱形紫铜管坯料尺寸;图2为凸模压头尺寸;图3为凹模尺寸。规定坯料材料选用紫铜,凸模压头及凹模材料为Cr12MoV,下压量H=30mm,摩擦系数=0.15。题目分析:紫铜管在挤压过程中会发生塑性变形,因此其模拟属于大变形问题。接触类型属于非线性接触。由于模具与工件均为对称件,因此在模拟过程中建立1/4三维模型,不仅可以观察工件外部变形情况,同时易于观察内部变形情况。由于ANSYS中不存在单位,为了数据统一,因此所有参数采用国际统一单位。 图一 图二 图三二、材料分析通过查
2、阅相关材料手册,信息如下:紫铜密度:=8.9103 /m3;弹性模量:E=120109 Pa;泊松比:=0.33;屈服极限=75106 Pa;Cr12MoV密度:=7.854103 /m3;弹性模量:E=220109 Pa;泊松比:=0.28;屈服极限=750106 Pa;三、操作过程简要概述:1.建立有限元模型可以通过Pro/E或者UG软件建立模型,导入ANSYS中;或者直接在ANSYS软件中建立模型。本次模拟选择ANSYS直接建立模型。 创建凹模平面。首先,以凸、凹模及坯料平面中轴线和凹模底端为坐标轴建立坐标系,根据题目所给尺寸计算关键点坐标并作图;然后,根据关键点坐标连线,连线时要注意线
3、的方向要一致,否则在创建角度线的时候会出现错误(多次错误后总结)。最后,删除多余线,生成线倒角并旋转凹模生成面,完成凹模的平面的创建。创建坯料平面。创建坯料模型时使用的是角端点坐标建立,角端点建立需要输入坯料左下角的横坐标、纵坐标,坯料的宽度和高度。创建凸模平面。同样采用角端点坐标建立的方法,由于凸模上下表面积不同,故把凸模分成上下两部分分部建立。完成凹模、坯料、凸模平面的建立后,由于模具与工件均为对称件,因此在模拟过程中建立1/4三维模型,所以旋转90。模型创建完成。2.选择单元类型(3种单元类型)Solid 8node 185;Contact3D target 170(刚性面);Conta
4、ct8 nd surf 174(柔性面);3.设置实常数4.定义材料参数5.划分网格多次尝试给定网格大小划分网格不成功,所以选取自由划分形式,为避免错误,划分时,对各部分单独进行划分。6.赋予接触面类型选用meshtool中的element attribute将2种接触单元分别附给模具、工件;7.定义接触对需要创建三组接触对,分别为凸模两部分之间表面接触,凸模与工件上表面接触;凹模与工件后表面接触。8.施加约束与载荷(位移)1)凹模下表面全部固定;2)模具与工件对称面全部施加对称约束;3)凸模下表面施加向下的位移约束;9.求解运算10.结果分析,动画演示详细过程:第一步:更改工作名和工作标题
5、1)选择Utility Menu/File/Change Jobname命令,弹出【Change Jobnanme】对话框,在Enter new jobname中输入新工作文件名changbo,单击OK按钮,关闭对话框。2)选择Utility Meum/File/Change Title命令,出现【Change Title】对话框,输入新标题cb,单击OK按钮,关闭对话框。第二步:建立模型1)选择Preprocessor/Modeling/Creat/Keypoints/In Active Cs命令,出现【Creat Keypoints in Active Coordinate System】
6、对话框。在弹出的对话框中依次输入1(0.015,0,0)、2(0.055,0,0)、3(0.055,0.122,0)、4(0.0205,0.122,0)、5(0.0205,0.047,0)、6(0.015,0.047,0),点击OK按钮,关闭该对话框,结果如图4所示。图4 创建关键点2)选择Preprocessor/Modeling/Creat/Lines/Straight Line命令,弹出【Creat Straight Line】对话框。依次拾取点1和2、点2和3,点3和4、点4和5、点1和6,单击OK按钮,关闭该对话框,结果如图5所示。图5 连接关键点3)选择Utility Menu/P
7、lotCtrls/Numbering命令,在弹出的【Plot Numbering Controls】 对话框中将Lines numbers和Keypoint numbers改为on,其余默认。选择Utility Menu/Plot/Lines命令,使当前窗口显示线。4)选择Preprocessor/Modeling/Creat/Lines/At angle to line命令,弹出【Straight line at angle to line】对话框,选择5号线,单击OK;然后选择5号点,单击OK;在Angle in degrees中输入30,结果如图6所示。图6 创建角度线5)选择Prepr
8、ocessor/Modeling/Delete/Lines Only命令,弹出【Delete Lines Only】对话框,选择6号线,单击OK;选择Preprocessor/Modeling/Delete/Keypoints命令,弹出【Delete Keypoints】对话框,选择6号点,单击OK,结果如图7所示。图7 删除多余线6)选择Preprocessor/Modeling/Creat/Lines/Line Fillet命令,弹出【Line Fillet】对话框,选择4号线7号线,弹出【Line Fillet】对话框,选择4号线和7号线,单击Apply按钮,在Fillet radius
9、中输入0.002,单击OK按钮;选择5号线和7号线,单击OK按钮,结果如图8所示。图8 生成线倒角7)选择Preprocessor/Modeling/Creat/Areas/Arbitrary/By Lines命令,弹出【Creat Areas by Lines】对话框,选择屏幕中所有的线,单击OK按钮,完成凹模旋转面创建,结果如图9所示。图9 创建凹模旋转面8)选择Preprocessor/Modeling/Creat/Areas/Rectangle/By 2 Corners命令,弹出【Rectangle By 2 Corners】对话框。在WPX输入0.0185,WPY输入0.047,Wi
10、dth输入0.002,Height输入0.06,单击Apply按钮;在WPX输入0,WPY输入0.107,Width输入0.0205,Height输入0.08;在WPX输入0,WPY输入0.187,Width输入0.05,Height输入0.015,结果如图10所示。图10 生成工件、凸凹模旋转面9)选择Preprocessor/Modeling/Creat/Keypoints/In Active Cs命令,弹出【Creat Keypoints in Active Coordinate System】对话框。在弹出的对话框中依次输入100(0,0,0)、101(0,0.21,0),完成中心旋转
11、点的建立。10)选择Preprocessor/Modeling/Operrate/Extrude/Areas/About Axis命令,弹出【Sweep Areas Axis】对话框。单击Pick All按钮,在弹出对话框中拾取点100和点101,单击OK按钮,在Arc length in degrees中输入90,完成模型建立,如图11所示。图11 生成模型第三步:定义单元类型1)选择Preprocessor/Element Type/Add/Edit/Delete命令,弹出【Element Types】对话框。2) 单击Add按钮,出现【Library of Element Types】对
12、话框。在Library of Element Types的第一个列表中选择Structural Soild,在第二个列表框中选择Brick 8node 185,单击Apply按钮。3)重新在Library of Element Types第一个列表中选择Contact,在第二个列表框中选择3D target 170,单击Apply按钮。4)重新在Library of Element Types第一个列表框中选择Contact,在第二个列表框中选择8 nd surf 174,单击OK按钮,关闭对话框,如图12所示。图12 定义单元类型第四步:定义实常数1)选择Preprocessor/Real
13、Constants/Add/Edit/Delete命令,弹出【Real Constants】对话框,单击Add按钮,在Type 2 TARGE170下点OK,在弹出对话框中点击OK;在Set 1下单击Add按钮,选择Tpye 3 CONTA174,点击OK按钮,在Real Constant Set No.中输入1,单击OK按钮。2)按照同样的方式定义另一组实常数,选择编号2,如图13所示。图13 定义实常数第五步:定义材料性能参数1)选择Preprocessor/Material Props/Material Models命令,弹出【Define Material Model Behavior
14、】对话框。2)在Material Models Available一栏中双击Structural选项中的Linear选项,接着双击Elastic选项,最后双击Isotropic选项,弹出【Linear Isotropic Properties for Material Number 1】对话框。在EX文本框中输入材料弹性模量120e9,在PRXY文本框中输入材料泊松比0.33,单击OK按钮,关闭该对话框。3)在Material Models Available一栏中双击Structural选项中的Nonlinear选项,接着双击Inelastic选项,再双击Rate Independent选项
15、,然后双击Isotropic Hardening Plasticity选项,接着双击Misese Plasticity选项,最后双击Bilinear选项,弹出【Bilinear Isotropic Hardening for Material Number 1】对话框,在Yield Stss文本框中输入屈服极限75e6,单击OK按钮,关闭对话框。4)双击Structural选项中的Density选项,弹出【Density for Material Number 1】对话框,在DENS中输入密度8900,单击OK按钮,关闭该对话框。5)双击Structural选项中的Friction Coeff
16、icient选项,弹出【Friction Coefficient for Material Number 1】对话框,在MU中输入摩擦因数0.15,单击OK按钮,关闭该对话框。6)单击Material中的New model,定义第二组材料性能参数。7)在Material Models Available一栏中双击Structural选项中的Linear选项,接着双击Elastic选项,最后双击Isotropic选项,弹出【Linear Isotropic Properties for Material Number 2】对话框。在EX文本框中输入材料弹性模量230e9,在PRXY文本框中输入材
17、料泊松比0.28,单击OK按钮,关闭该对话框。3)在Material Models Available一栏中双击Structural选项中的Nonlinear选项,接着双击Inelastic选项,再双击Rate Independent选项,然后双击Isotropic Hardening Plasticity选项,接着双击Misese Plasticity选项,最后双击Bilinear选项,弹出【Bilinear Isotropic Hardening for Material Number 1】对话框,在Yield Stss文本框中输入屈服极限750e6,单击OK按钮,关闭对话框。4)双击St
18、ructural选项中的Density选项,弹出【Density for Material Number 1】对话框,在DENS中输入密度7854,单击OK按钮,关闭该对话框。5)双击Structural选项中的Friction Coefficient选项,弹出【Friction Coefficient for Material Number 1】对话框,在MU中输入摩擦因数0.15,单击OK按钮,关闭该对话框。图14 设置材料参数第六步:划分网格1)选择Preprocessor/Meshing/MeshTool选项,弹出【MeshTool】对话框。将small size挑勾。2)选择Util
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