数值模拟技术三级项目

1、 数值模拟技术三级项目 学 院：机械工程学院班 级：轧钢一班小组成员：戴华平 裴泽宇 谢世豪 罗湘粤 韦志行指导教师：戚向东完成时间：2016年6月28日目录一 3500四辊轧机支承辊弯曲强度分析21、定义工作文件名及工作标题22、建立几何模型33、定义单元类型和材料属性34、生成有限元分析网格65、施加载荷并求解106、查看结果16二 3500四辊轧机轧制过程分析211、定义工作文件名及工作标题212、单元类型和材料属性设置213、几何建模244、网格划分265、建立接触对286、施加边界条件和求解计算327生成载荷步文件388求解载荷步文件389、结果后处理39三 小组分工42四 感想43

2、 数值模拟技术三级项目任务书 专业（班级）: 轧钢13-1分析题目1. 3500四辊轧机支承辊弯曲强度分析；2. 3500四辊轧机轧制过程有限元分析；项目组成员戴华平 裴泽宇 谢世豪 罗湘粤 韦志行技术参数最大轧制力：7000吨；轧辊材料：9Cr2Mo，许用应力；轧辊参数：见图纸；压下螺丝中心距：见图纸轧件入口厚度：80mm轧件出口厚度：60mm轧件宽度：2800mm轧件材料：Q345分析要求1.对轧辊进行合理网格划分，以及边界条件、载荷的施加，给出轧辊内的应力分布以及最大应力值、发生位置，校核轧辊是否满足强度要求，给出轧辊中心挠曲曲线。2. 不考虑温度与宽展影响，按照平面应变问题建立轧制过程

3、分析模型，轧辊作为刚性辊，给出轧制变形区的压力分布、中性点位置，并计算总轧制力和轧制力矩。一 3500四辊轧机支承辊弯曲强度分析1、定义工作文件名及工作标题 定义工作文件名：运行Mechanical APDL Product Launcher 16.2，在弹出的对话框中，选择保存文件目录为：“E:ansysjieguo”，输入工作文件名为“”，单击“RUN”。 图1.1.1 创建文件2、建立几何模型 生成面：Main Menu Preprocessor Modeling Create Areas Arbitrary By Lines，弹出“Creat Areas”对话框，选择所有的边线，单击“

4、OK”，生成如图所示平面。图1.2.1 生成几何面3、定义单元类型和材料属性（1）定义单元类型：Main Menu Preprocessor Element type Add/Edit/Delete,弹出一个对话框，单击“Add”，又弹出一个“Library of Element Type”对话框，在“Library of Element Type”左面的列表栏中选择“Not Solved”，在其右面的列表栏中选择“Mesh facet 200”， 单击“Apply”。图1.3.1图1.3.2继续添加solid Quad 4 node182单元，点击ok。 图 1.3.3设置mesh200单元

5、options，单元形状和节点数K1设置为QUAD 4-NODE，点击ok。图 1.3.4（2）定义材料属性：Main Menu Preprocessor Material Props Material Models，弹出“Define Material Behavior”对话框，如图所示，在其右边的栏中，连续双击“Structural Linear Elastic Isotropic”后，出现一个“Linear Isotropic Properties for Material Number 1”对话框，如图所示，在“EX”后面的输入栏中输入“2.1e5”，在PRXY后面的栏中输入“0.3”

6、，单击“”，关闭该对话框。图 1.3.54、生成有限元分析网格（1）对支承辊截面进行网格划分：Main Menu Preprocessor Meshing MeshTool，弹出“MeshTool”对话框，选取智能网格划分”Smart Size”, 自动划分网格等级选择4，划分对象设置为Areas，点击mesh。图 1.4.1弹出 “Mesh Areas”对话框中，选择要划分的面，单击“OK”，自动对平面进行网格划分，生成如图所示的图形。出现的警告对话框关闭即可。图 1.4.2（2）由平面网格拉伸为体网格。设置网格单元选项：Main Menu Preprocessor Modeling Ope

7、rate Extrude Elem Ext Opts，弹出“Element Extrusion Options”对话框，在TYPE栏选择“2 SOLOD45”，在VAL1栏输入“10”，在ACLEAR栏单击“Yes”，单击“OK”，设置完成。图 1.4.3沿轴向延伸面：Main Menu Preprocessor Modeling Operate Extrude Areas About Axis，弹出“Sweep Areas”对话框，选择要延伸的面，单击“Apply”，接着选择要延伸轴线上的两个点，单击“OK”，弹出对话框，在ARC栏填入“180”，单击“OK”，生成如图所以图形。图 1.4.

8、4图 1.4.55、施加载荷并求解（1）定义分析类型：Main Menu Solution Analysis Type New Analysis，选择“Static”,单击“OK”。 图 1.5.1（2）在面上施加约束载荷：Main Menu Solution Apply Structural Pressure On Areas，首先选择支承辊接触面的区域进行加载，单击“Apply”，出现对话框“Apply PRES on areas”,在VALUE处输入力的大小为轧制力P/4/作用面面积。 图 1.5.2图 1.5.3图 1.5.4（3）在面上设置对称条件：Main Menu Solutio

9、n Apply Structural Displacement Symmetry B.C On areas，选择支承辊的对称面（共5个），如图所示，即可完成设置。图 1.5.5（4）在面上施加位移约束：Main Menu Solution Apply Structural Displacement On Node，选取支承辊对称面上的中心点，弹出“Apply UROT on area”，选择UY的VALUE值为0，单击“OK”。 图 1.5.6 图 1.5.7（5）在节点上施加力：Main Menu Solution Apply Structural Force/Moment On Nodes

10、，选择支承辊一侧面，如图所示，弹出“Apply F/M on Nodes”对话框，在Lab行选择“FY”，在VALUE行输入“-轧制力/4/节点数”，单击“OK”，可得如图所示图形。 图 1.5.8.1 图 1.5.8.2 图 1.5.8.3（5）求解计算：Main Menu Solution Solve Current LS，弹出一个检查信息窗口，浏览完信息并确认无误后，单击“File Close”关闭信息窗口，又单击对话框上的“OK”，系统将开始分析计算，当在显示器的左上角出现一个“Solution is done”的提示后，表示计算结束，单击“Close”关闭提示框。 图 1.5.9.1

11、6、查看结果（1）显示变形形状：Main Menu General Postproc Plot Reasults Deformed shape，弹出如图所示的对话框，在其中“Items to be Plotted”选项中，选择“Def shape only”，单击对话框上的“OK”，其显示结果如图所示。图1.6.1 显示变形结果（2）显示Von Mises应力结果和Y方向的位移：Main Menu General Postproc Plot Reasults Contour Plot Nodal Solu，弹出一个对话框，在“Contour Nodal Solution Data”对话框的第一

12、栏“Items to be Plotted” 的第一栏中选择“Stress”，在第二栏中选择“von Mises stress”，点击“OK”，生成如图结果，然后，在“Items to be Plotted”的第一栏中选择“DOF Solution”，在第二栏中选择“Y-Component of displacement”，点击“OK”，生成如图结果。 图 1.6.2等效应力云图图 1.6.3Y向位移分量云图支承辊中心线挠度：定义路径：Main Menu General Postproc Path OperationsDefine PathBy Nodes，选取支承辊中心线上的2个节点，点击o

13、k3211输入路径名：br_c，点击ok，关闭弹出的窗口。将结果映射到所定义的path上。Main Menu General Postproc Path OperationsMap onto Path,选取自由度计算结果UY绘制结果：Main Menu General Postproc Path OperationsPlot Path ItemOn Graph，选取刚才定义的UY。 图 1.6.8 图 1.6.9二 3500四辊轧机轧制过程分析1、定义工作文件名及工作标题 定义工作文件名：运行Mechanical APDL Product Launcher 16.2，在弹出的对话框中，选择保存

14、文件目录为：“E:ansysjieguo”，输入工作文件名为“”，单击“RUN”。2、单元类型和材料属性设置（1）定义单元类型和选项：Main Menu Preprocessor Element Type Add/Edit/Delete，弹出“Element Types”对话框，单击“Add”，添加单元类型，在类型中选择SolidQuad 4node 42，单击“OK”， “Element Types”对话框显示“Type1 Plane42”，单击“Options”，在K3栏选择“Plane strs w/thk”，单击“OK”，在“Element Types”对话框中单击“Close”，完成

15、设置。图 2.2.1 单元设置 图2.2.2 单元行为选项设置（2）定义材料属性：Main Menu Preprocessor Material Props Material Models，弹出“Define Material Model Behavior”对话框，点击StructuralLinearElasticIsotropic，弹出对话框，在EX栏输入2.1E5，PRXY栏输入0.3，单击“OK”，关闭对话框，完成设置。（3）定义剪切模量：Main Menu Preprocessor Material Props Material Models，弹出“Define Material Mo

16、del Behavior”对话框，点击Structural Nonlinear Inelastic Rate Independent Isotropic Hardening Plastic Mises Plasticity Bilinear，弹出“Bilinear Isotropic Hardening for Material”对话框，在Yield Stss行输入“235”，在Tang Mod行输入“1000”，单击“OK”，完成设置。 图 2.2.3 定义材料属性3、几何建模（1）创建轧辊：Main Menu Preprocessor Modeling Create Areas Circl

17、e Solid Circle，弹出对话框“Solid Circle”，在WP X行中输入“0”， 在WP Y行中输入“0”，在Radius行中输入“400”，单击“OK”，生成如图7.137所示图形。（2）移动轧辊：Main Menu Preprocessor Modeling Move / Modify Areas Areas，弹出“Move Areas”对话框，选择圆面，单击“OK”，弹出“Move Areas”对话框，在DY行中输入“405”，单击“OK”，使轧辊上移。 图 2.3.1 几何建模（3）创建轧件： Main Menu Preprocessor Modeling Create

18、 Areas Rectangle By Dimensions，弹出“Create Rectangle By Dimensions”对话框，在X1，X2行中分别输入“0”和“-100”， 在Y1，Y2行中分别输入“0”和“5”，单击“OK”，如图7.139所示。图2.3.2 创建轧件4、网格划分 （1）轧件网格划分：Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Tool，弹出“Mesh Tool”对话框，在Global栏中单击“Set”，弹出“Global Element Sizes”对话框，在SIZE栏中输入“2.5”，单击“OK”，返回“Mesh Tool”对话框，

19、点击“Mesh”，选择轧件，在“Mesh Area”对话框中，点击“OK”，完成对轧件的网格划分。图2.4.1 轧件单元网格划分（2）轧辊表面即周边的单元长度网格划分：Main Menu Preprocessor Meshing Mesh Tool，弹出“Mesh Tool”对话框，在Lines栏中单击“Set”，选择轧辊边线，在弹出的“Element Sizes on Lines”对话框中单击“OK”，弹出“Element Sizes on Picked Lines”对话框，在SIZE栏中输入“2.5”，点击“OK”，完成对轧辊表面的网格划分。图2.4.2 轧辊表面单元的网格划分5、建立接触

20、对 建立接触对：Main Menu Preprocessor Modeling Create Contact Pair，弹出“Contact Manage”对话框，点击新建按钮，弹出“Contact Wizard”对话框，在Target Surface栏中选中“Lines”，在Target Type栏中选中“Rigid w/Pilot”，单击“Pick Target”，选择轧辊的接触边线，在Select对话框中单击“OK”，然后单击“Contact Manage”对话框中“Next”，在Contact Surface栏中选中“Lines”，在Contact Element Type栏中选中“S

21、urface-to-Surface”，单击“Pick Target”，选择轧件的接触面边线，在Select对话框中单击“OK”， 然后单击“Contact Manage”对话框中“Next”，在Coefficient of Frictior中输入“0.1”，单击“Creat”，弹出提示框，单击“Finish”，生成接触对。 图 2.5.1 建立接触对过程6、施加边界条件和求解计算（1）求解控制设置：Main Menu Solution Analysis Type Sol n Controls，弹出“Solution Controls”对话框，求解控制基本设置中，其中Analysis Optio

22、ns选择“Large Displacement Static”，Time Control选择时间步1、自动时间步长和子步数以及每10步存储一次结果等设置。 图2.6.1求解控制设置（2）施加位移边界条件：Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Node，弹出“Apply U，ROT on Node”对话框，选择轧辊中心点，单击“OK”，弹出“Apply U，ROT onNode”对话框，选择“UY”，在VALUE displacement value栏中输入“-1.5”，单击“OK”，加载如图所示位移约束

23、。 图2.6.2 对轧辊施加Y方向位移约束（3）施加位移边界条件：Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Displacement On Lines，弹出“Apply U，ROT on Lines”对话框，选择轧件底边线，单击“OK”，弹出“Apply U，ROT on Lines”对话框，选择“UY”，在VALUE displacement value栏中输入“0”，单击“OK”，加载如图所示位移约束。图2.6.3 对轧件施加Y方向位移约束（4） 施加对称边界条件：Main Menu Solution Define Loads App

24、ly Structural Displacement Symmetry B.C On Lines，弹出“Apply U，ROT on Lines”对话框，选择对称边线，单击“OK”，加载如图所示对称约束。 图2.6.4 施加对称位移约束（5）生成载荷步文件：Main Menu Solution Write LS File，在对话框“Write Load Step File”上的Load step file number n栏输入“1”，单击“OK”。图2.6.5 生成载荷步文件（6）施加位移边界条件：Main Menu Solution Define Loads Apply Structura

25、l Displacement On Node，弹出“Apply U，ROT on Node”对话框，选择轧辊中心点，单击“OK”，弹出“Apply U，ROT onNode”对话框，选择“ROTZ”，在VALUE displacement value栏中输入“0.3”，单击“OK”，加载如图所示位移约束。 图2.6.6 对轧辊施加转动位移约束（7）施加对称边界条件：Main Menu Solution Define Loads Apply Structural Displacement Symmetry B.C On Lines，弹出“Apply U，ROT on Lines”对话框，选择对称

26、边线，单击“OK”，加载如图所示对称约束。图2.6.7施加对称位移约束 7生成载荷步文件Main Menu Solution Write LS File，在对话框“Write Load Step File”上的Load step file number n栏输入“2”，单击“OK”。图2.7.1生成载荷步文件 8求解载荷步文件Main Menu Solution Solve From LS File，在对话框“Solve Load Step File”上的Starting LS file number栏输入“1”，在Ending LS file number栏输入“2”，单击“OK”，进行求解运算，直到弹出