第7-8次上机练习指导.doc

第四周（7-8）次上机练习指导一、铝合金挤压成型过程分析。（掌握非线性材料大变形接触问题分析的基本过程和方法）【问题描述】：如图1所示为铝合金坯料和挤压模具结构示意图，铝合金的应力应变曲线如图2所示，坯料与模具之间的摩擦系数为0.1，求挤压过程中坯料内部的应力场变化。坯料材料参数：弹性模量：EX69GPa，泊松比：PRXY0.26。模具材料参数：弹性模量：EX360GPa，泊松比：PRXY0.3。【说明】：该问题属于状态非线性大变形接触问题，在分析过程中根据轴对称，选择挤压试样和模具纵截面的一半建立几何模型，选择接触单元CONTA172和目标单元TARGE169，以及PLANE182结构单元进行分析求解。【操作步骤】：1设置单元类型（前处理器）前处理器单元类型增加/编辑/删除，在弹出的面板中，点击增加，选择实体-182，应用；接触-169，应用；接触-172，确定。在单元类型面板中，选择PLANE182单元，点击设置，在K3后面选择Axisymmetric（轴对称选项），确定；选择CONTA172单元，点击设置，在K5后面选择间隙/穿过，确定，关闭单元类型面板。2定义实常数（前处理器）前处理器实常数增加/编辑/删除。在弹出的面板中点击增加，选择169单元，确定，在弹出面板中，实常数设置号码后面数值修改为2，确定，关闭面板。3定义材料参数（前处理器）前处理器材料属性材料模型，在弹出的面板中，双击结构，再双击线性，再双击弹性的，再双击各向同性，在弹性模量EX后面输入6.9E10，泊松比PRXY后面输入0.26，确定；双击非线性，再双击无弹性的，再双击率非相关，再双击各向同性强化塑性，再双击协定塑性，最后双击Multilinear，在弹出面板中，点击增加点按钮，参考右图输入材料塑性参数：1（0.01,6.9E8）；2（1.01,8.6E8），确定。再双击摩擦系数，在MU后面输入0.1，确定。材料新的模型，确定，双击结构，再双击线性，再双击弹性的，再双击各向同性，在弹性模量EX后面输入3.6E11，泊松比PRXY后面输入0.3，确定；双击摩擦系数，在MU后面输入0.1，确定。关闭定义材料模型特性面板。4建模（前处理器）（1）创建两个矩形。矩形1：X：00.01，Y：00.06； 图3 多线性各向同性硬化材料参数矩形2：X：0.0080.03，Y：-0.02-0.01。（2）创建两个关键点：9（0.01，0），10（0.03，0）。（3）关键点连线。98、109、710。（4）四条线围成面。命令：AL，7，9，10，11，回车。或鼠标操作完成。显示线和面的编号，方便选择。（5）设置单元尺寸。前处理器网格划分尺寸控制线选取线，鼠标选取2、4号线，确定，在NDIV后面输入单元份数50，应用；鼠标选取1、3号线，确定，在NDIV后面输入单元份数4，应用；鼠标选取5、7、10号线，确定，在NDIV后面输入单元份数6，应用；鼠标选取6、8、9、11号线，确定，在NDIV后面输入单元份数10，确定。（6）划分网格。前处理器网格划分网格面映射3或4边，鼠标选取矩形1（铝合金坯料），确定，完成坯料面的网格划分。前处理器网格划分网格属性默认属性，在弹出面板中，将材料编号换成2，确定。前处理器网格划分网格面映射3或4边，鼠标选取2、3号面，确定，完成模具面的网格划分。（7）选择实体，新建组件，在模具接触面上构造接触单元。选择实体，在弹出面板中，选择“线”、“在编号/选取”、“完全”，确定，鼠标选择8、9号线，确定。选择组件/部件新建组件，在组件名称后面输入L1，下面框中选择“线”，确定。选择实体，在弹出面板中，选择“节点”、“附上的”（误译成“大使随员到”，不确切）、“线，全部”、“完全”，确定。前处理器建模新建单元单元属性，在弹出面板中，单元类型编号选169，确定。前处理器建模新建单元表面/接触表面到表面，在弹出面板中直接点确定，再次弹出面板中，选择全部，完成模具接触表面单元的建立。【注意：在完成选择局部操作后，请点选择所有】（8）选择实体，新建组件，在坯料接触面上构造接触单元。选择实体，在弹出面板中，选择“线”、“在编号/选取”、“完全”，确定，鼠标选择2号线，确定。选择组件/部件新建组件，在组件名称后面输入L2，下面框中选择“线”，确定。选择实体，在弹出面板中，选择“节点”、“附上的”（误译成“大使随员到”，不确切）、“线，全部”、“完全”，确定。前处理器建模新建单元单元属性，在弹出面板中，单元类型编号选172，材料编号选1，确定。前处理器建模新建单元表面/接触表面到表面，在弹出面板中直接点确定，再次弹出面板中，选择全部，完成坯料接触表面单元的建立。【注意：在完成选择局部操作后，请点选择所有】5定义载荷、求解设置、求解（在求解器中完成）（1）施加节点的约束和位移条件。求解器定义载荷应用结构变形在节点。在“单一的”、“框”、“多边形”、“圆”四个选项中，选择“框”，然后用鼠标在绘图区框选坯料的左边、模具的右边所有节点，确定，在弹出面板中选择UX，应用；再在“单一的”、“框”、“多边形”、“圆”四个选项中，选择“框”，然后用鼠标在绘图区框选模具的下边所有节点，确定，在弹出面板中选择UY，应用；再在“单一的”、“框”、“多边形”、“圆”四个选项中，选择“框”，然后用鼠标在绘图区框选坯料的上边所有节点，确定，在弹出面板中选择UY，在变形值后面输入-0.03（即坯料上边被强制向下压0.03米的位移），确定。（2）求解器控制选项设置。求解器分析类型Sol控制，弹出求解器控制，按图4所示进行设置，确定。（3）计算求解。直接输入命令SOLVE，回车，执行分析计算，计算结束后，关闭提示。6进入通用后处理器，获取需要的结果。（1）通用后处理器读取结果最后的设置。（2）通用后处理器绘图结果已变形形状，选择Def+undeformed，确定，观察对比坯料变形前后的形状。（3）通用后处理器绘图结果等值云图节点求解，坯料和模具的各种应力结果。（4）模型扩展显示。绘图控制样式模型对称性扩展2D轴对称，选择全部扩展或者3/4扩展，确定。（5）观察各种结果动画。绘图控制动画已变形结果。（6）列表节点自由度（节点位移）结果。通用后处理器列表结果节点求解器，以列表形式 显示各种应力和位移结果。 图4 求解器控制基本设置二、高压容器封头塑性成形的有限元分析【实例说明】参考塑性成形分析（CAE）上机练习指导第93页。【操作步骤】第1步：定义单元类型（1）前处理器单元类型 添加/编辑/删除，出现单元类型对话框。单击增加按钮,在弹出面板中选择粘实体，106单元，应用；再选择接触，169单元，应用；再选择接触，171单元，确定。（2）在单元类型选择Visco106，单击设置按钮，在弹出面板中K3后面选择Axisymmetric（轴对称选项），其他均采用默认设置，确定。关闭单元类型面板。第2步：定义材料性能参数（l）前处理器材料属性材料模型，在弹出的面板中，双击结构，再双击线性，再双击弹性的，再双击各向同性，在弹性模量EX后面输入1.84E4，泊松比PRXY后面输入0.4，确定；双击非线性，再双击无弹性的，再双击率非相关，再双击各向同性强化塑性，再双击协定塑性，最后双击Multilinear，在弹出面板中，点击增加点按钮6次，参考图5输入材料塑性参数：1（0.005,92）；2（0.02,140），3（0.06,194），4（0.19,274），5（0.5,366），6（1.0,451），7（2.0,556），确定；再双击摩擦系数，在MU后面输入0.15，确定。材料新的模型，确定，双击摩擦系数，在MU后面输入0.15，确定。关闭定义材料模型特性面板。第3步：定义实常数前处理器实常数添加/编辑/删除，在弹出面板中单击增加按钮，选择CONTA 171单元，确定， 图5 多线性各向同性硬化材料参数在实常数设置号码后面将1改为2，在FKN后面输入2（设置接触单元的穿透尺寸），确定。第4步：建立几何模型（1）建立矩形坯料。X：01800；Y：0180。 （2）生成模具外轮廓的特征点。前处理器建模新建关键点在当前坐标系。依次输入6个特征点的坐标值，坐标分别是：5(1200，-800)，6(1200，0)，7(2000，0)，8(0，180)，9(1000，1180)，10(1000，1580)。（3）生成下模外轮廓，分三步进行：前处理器模型创建线线直线（或在当前坐标系），76；65；910连直线。显示线的编号。绘图控制编号，勾选线编号，绘图线，显示所有线。生成下模外形轮廓。前处理器模型创建线圆角。5、6号线之间倒圆角，R400。（4）生成上模外形轮廓。分三步进行。在指定点建立局部圆柱坐标系。工作平面局部坐标系统新建局部坐标系在指定位置，用鼠标在屏幕任意位置点击一下，确定，在“KCS类型坐标系统”后面选择“柱坐标系1”；在XC、YC、ZC后面的三个框中依次输入0，1180，0，确定，在绘图区创建了一个局部圆柱坐标系。前处理器模型创建线线在当前坐标，89连线，形成一条圆弧。（注意连线顺序89）。删除局部坐标系。工作平面局部坐标系统删除局部坐标系，在弹出面板中点击“确定”按钮。第5步：划分单元（1）定义单元尺寸。前处理器网格划分尺寸控制人动尺寸线选取线，选择2、4，5，6，7号线，确定，在弹出的对话框中，NDIV后面的文本框中输入：4，应用；选择1、3号线（矩形的上、下边），确定，在NDIV后面的文本框中输入：30，应用；选择8、9号线（圆弧），确定，在NDIV后面的文本框中输入：8，确定。（2）划分面单元。前处理器网格划分网格面自由，选择矩形面，确定，完成坯料的网格划分。（3）划分接触单元。绘图多绘图，显示所有线、面、网格。前处理器网格划分网格属性选取线，选择5、6、7、8、9号线，确定，在材料编号后面选择2；在单元类型编号后面选择：2 TARGE169，应用；再选择1、3号线，确定，在材料编号后面选择1，在单元类型编号后面的下拉列表中选择：3 CONTA171，确定，完成并退出接触单元的设置。前处理器网格划分网格线，选择1、3、5、6、7、8、9号线，确定，完成接触面单元的划分。（4）施加约束条件。分三步进行：对称轴上各点施加X方向约束。选择实体，选择“节点”、“在位置”、“X坐标”，在Min，最大后面输入0，确定。求解器定义载荷应用结构变形在节点，选择全部，确定，在弹出面板中选择UX，确定。对下模各节点施加约束。选择所有，先保证选择全部，然后点击选择实体，在弹出面板中，分别选择“线”、“在编号/选取”，确定，鼠标选择5、6、8号线（下模），确定；选择实体，在弹出面板中，分别选择“节点”、“附上的”（误译成“大使随员到”）、“线，全部”、“完全”，确定，求解器定义载荷应用结构变形在节点，选择全部，确定，在弹出面板中选择UX、UY，确定。对上模施加位移条件。选择所有，然后点击“选择实体”，在弹出面板中，分别选择“线”、“在编号/选取”，确定，鼠标选择7、9号线（上模），确定；选择实体，在弹出面板中，分别选择“节点”、“附上的”（误译成“大使随员到”）、“线，全部”、“完全”，确定，求解器定义载荷应用结构变形在节点，选择全部，确定，在弹出面板中选择UY，在变形值后面输入-1500，确定。选择所有，选择所有的点、线、面、节点和单元。第6步：计算求解（1）求解控制设置：求解器分析类型Sol控制，（求解器控制）。单击“基本”按钮，设置如图6所示： 图6 求解控制基本设置 图7 求解控制非线性设置单击“非线性”按钮，设置如图7所示,然后点击“设置集中准则”按钮，在弹出面板中，单击“取代”，将数值0.001替换成0.1，确定，关闭警告面板，再点击关闭按钮。单击“高级的NL”按钮，在弹出面板的下拉选择列表中，选择“不终止分析”，确定，完成求解控制设置。 计算求解：在命令执行窗口输入SOLVE，回车，观察时间跟踪曲线图。求解完成，关闭提示面板。第7步：查看计算结果（l）通用后处理器读取结果最后的设置。（2）通用后处理器绘图结果已变形形状，观察对比坯料变形前后的形状。（3）模型扩展显示。绘图控制样式模型对称性扩展2D轴对称，选择全部扩展或者3/4扩展，确定。（4）通用后处理器绘图结果等值线图节点求解，选择自由度求解器，X-变形，确定，显示