搜索ABAQUS應用篇——接觸、彈塑性
2017-03-18 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
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(jù)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(jù)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(yè)。下圖連續(xù)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(diào)。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(xù)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(xù)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(wǎng)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(wǎng)格細化。
來料板材采用結(jié)構(gòu)化技術(shù)(Structured Technique)網(wǎng)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(wǎng)格比其他區(qū)域要細。
輥輪網(wǎng)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(jié)構(gòu)化技術(shù)(Structured Technique)網(wǎng)格劃分方法、單邊偏離(Single Bias)邊線布種、xplicit單元CPE4R,如下圖。
四、設定材料屬性
創(chuàng)建板材材料屬性和輥輪材料屬性,并創(chuàng)建界面屬性并賦給幾何。如下材料屬性為虛構(gòu)材料屬性,供模型測試使用。
五、創(chuàng)建分析步
選用Dynamic Explicit,建立三個分析步,如下圖所示
六、創(chuàng)建相互作用
1)創(chuàng)建接觸約束,此部分在《ABAQUS案例的Abaqus/CAE在現(xiàn)—厚板輥壓》有介紹。設定摩擦系數(shù)為0.3,接觸特性,建立顯示面面接觸“Surface-to-Surface contact(Explicit)”,輥輪外延為主接觸面,板材下邊線為從接觸面。
2)建立滾輪內(nèi)徑與參考點的約束
選用運動耦合約束(Kinematic Coupling Constraint)將輥輪內(nèi)圓與參考點進行完全約束。
七、建立邊界條件及載荷
共建立8個邊界條件及載荷,如下圖
① 輥輪參考點X方向位移約束,經(jīng)歷所有分析步
②板材上邊線對稱約束,經(jīng)歷所有分析步
③輥輪參考點Z軸方向轉(zhuǎn)動約束,創(chuàng)建與起始步,終止于第二分析步
④輥輪參考點的位移量,只經(jīng)歷第一分析步
⑤輥輪受力載荷,只經(jīng)歷第二分析步
⑥板材的速度邊界條件,創(chuàng)建于第三分析步
⑦輥輪參考點的滾動速度邊界條件,創(chuàng)建于第三分析步
⑧輥輪參考點的Y方向約束邊界條件,創(chuàng)建于第三分析步
八、創(chuàng)建任務并提交、結(jié)果后處理
創(chuàng)建Job,并提交,輸出結(jié)果后我們可查看等效塑性應變PEEQ(Equivalent Plastic Strain),如圖
動畫展示如下
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