用戶作品賞析 | LS-DYNA 管材冷彎成形
寫在前面
『Ansys LS-DYNA用戶案例競賽』活動全程收獲來自多個行業CAE從業人員的積極參與，總計收到近90篇投稿作品，所有作品都已在2021 Ansys Innovation大會同期的“用戶優秀作品展示” 中供觀眾賞閱。會議期間LS-DYNA專題分會場的LiveShow演播室更設有對用戶案例進行詳細解讀的環節，同時，多位作品作者也受邀成為本屆大會主題報告的演講嘉賓。本期開始Ansys中國微信公眾號將連載發布所有獲獎作品，詳盡展現用戶如何從Ansys工程仿真解決方案中獲益，誠邀各位近距離觀賞他們的應用實踐真知，希望通過這些杰出的工程仿真實踐指導更多用戶。
作品賞析（7） | LS-DYNA 管材冷彎成形
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項目的工程意義和代表性
冷彎成型是一種傳統工藝，廣泛用于制造成本效益高的焊管，其中金屬工件是經過多組軋輥逐步成形。根據初始橫截面和最終型材的幾何形狀以及要施加的應變增量，給出不同類型的輥子，每組輥子都具有特定的功能。電阻焊（ERW）鋼管已廣泛應用于各行各業，特別是在天然氣和石油運輸中。ERW焊管主要采用輥壓成型工藝，通常包括開卷、調平、輥軋成型、焊接、定徑、矯直等多種工藝。然而，在工業生產中，冷輥軋成形主要采用試錯法。工件隨著各輥組的轉動而逐漸連續變形，形成一個圓形的十字形管。由于材料非線性、幾何非線性和邊界非線性，板料輥軋成形過程非常復雜。然而，花卷設計和花型設計主要依靠工人的經驗，理論指導和參考較少。隨著計算機技術的發展，有限元分析作為早期設計和優化階段必不可少的工具，在輥彎成形工業中得到了越來越多的應用。
2
仿真目的和基本設置
在管材冷彎成形過程中，如果不能很好地平衡各參數，這種方法可能會產生沿工件橫截面上的幾何和機械性能的非均勻分布，以及管子在后續過程（即彎曲）中的不穩定行為。所以確定一些衡量工件均勻性和加工質量的指標是很重要的，研究主要工藝參數對這些指標的影響是主要目的。
基本設置
垂直輥軸：9組，水平輥軸：8組
板材長寬高：300 X 20.8 X 1 mm
厚度方向積分點數量：7
摩擦系數：0.2
網格尺寸：0.5-1 mm
輥軸組的速度，每個輥軸組會增速0.5%以確保板材不會出現屈曲
驅動方式：只有垂直方向放置的下輥軸作為驅動利用摩擦帶動板材前進成形
板材變形體，輥軸剛體
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工件的簡圖
圖1 簡化后的模型和變形演化花形圖案
4
管材橫截面沿厚度分為內中外三層，取對稱結構的一半進行分析
圖2 橫截面信息示意圖
Ansys LS-DYNA的分析效果
圖3 輥軸反應力
圖4 變形體橫截面在各輥軸組下的有效應變分布
圖5 變形管材上表面單元的有效應變歷史曲線，演化規律
圖6 變形管材一半單元的厚度歷史曲線，演化規律
圖7 管材橫截面上環向應變變形過程的演化
圖9 管材最終的橫截面應變和厚度的分布以及通過第一和最后一組輥軸時的變形
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