金屬絲拉拔成型的兩種方法——ALE與歐拉邊界應用 1

問題描述
金屬絲成型的過程,可以簡化為二維軸對稱的模型進行計算分析(保證絲和模具的幾何形狀以及受力的形式均為軸對稱的前提下),這可以大幅降低計算規模,提高計算效率。本次的分析分別采用了傳統的拉格朗日邊界模型和歐拉邊界模型兩種計算方式來進行對比分析,采用的計算模塊均為ABAQUS/Explicit,理論上用Standard也是可以完成前者的計算的,但由于帶有歐拉邊界的模型只支持顯式分析,所以就都采用顯式進行對比,至于Standard的分析,還請有精力的壇友幫忙補完,可能的話,版主會加分的(我猜的...)。
有限元模型
Case 1: 拉格朗日邊界的模型

模型的建立是很簡單的,如圖所示,左側較長的模型為金屬絲的模型,右側的小塊體模型為模具,之所以把模具的形狀建立出來而不采用解析/離散剛體來建模,這個原因后面我會解釋,由于Case 1采用的拉格朗日邊界, 為了達到穩定的結果,需要為金屬絲建立足夠長的幾何形狀,這樣在金屬絲的下端給定一個速度,則金屬絲會在模具的限制下,產生塑性變形。
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Case 2: 歐拉邊界的模型

Case 2中金屬絲的上下表面采用的是歐拉邊界,解釋一下“歐拉邊界”(這個是我理解的,不對的話還請指正),其實這里我用到的關鍵字是 REGION TYPE=EULERIAN,準確的說是將原先的朗格朗日邊界的類型人工的設定為歐拉類型, 這樣的話金屬絲就不用建立很長的幾何尺寸,一定程度上避免了有限元模型尺寸的過大 因為在給定下端速度的歐拉邊界后,金屬的材料會從絲的進口端(Inflow)源源不斷地“流入”,又從出口端(Outflow)源源不斷地“流出”,但為了消除圣維南原理中的局部效應,金屬絲的上下端均與成型區保持有足夠的距離。
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材料屬性
為了有對比性,兩個Case的材料屬性均一致,其中:金屬絲的彈性模量為38GPa,初始屈服應力為27MPa,泊松比為0.33,密度是2672 kg/m^3.
邊界條件
Case 1:為模具施加了Rigid body約束,把模具強制為剛體,并給出剛體參考點,如圖所示;
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模具與金屬絲之間建立Surface-Surface接觸條件,并給定摩擦系數0.05,其中,法向的接觸屬性給定的是“硬接觸(Hard Contact)”,如圖所示:
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為剛體參考點施加固支約束,如圖所示:
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為金屬絲的下表面施加速度邊界(Velocity),其中,速度施加的幅值曲線采用的是Smooth形式加載,以模擬準靜態過程,如圖所示:
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Case 2:邊界條件與Case 1基本相同,所不用的是Cace 2中,為金屬絲的上下表面都設定了歐拉類型的邊界,同時,為了防止網格畸變過大,必須在Step模塊為金屬絲設定ALE參數,詳細的操作在下一節有描述。
建模要點
“別人無法重復其結果”——這句話應該是譏諷的意味吧,所以本帖子中給出建模過程中的幾個要點以及需要注意的地方,以方便讀者重復。
1)Case 2中,在Step模塊下,需要為金屬絲的模型設定ALE參數,其中,頻率需要設定為1( 維持缺省設置也是可以的,不過用CAE提交Job時會報錯,解決方法:采用Command提交即可),如圖所示:
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金屬絲拉拔成型的兩種方法——ALE與歐拉邊界應用 1的圖8
2)設定好ALE參數后,還要為金屬絲的上下表面給定ALE自適應網格約束,目的是約束自適應的網格幾何邊界,避免計算過程中幾何邊界的突然“跳動”,如圖所示:
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