回轉體
關注創建者：力學星空 創建時間：2019-04-28
回轉體的實例教程
結束語
本文重點介紹了非回轉體類突緣的閉式鍛造工藝研究，在諸多設計方面增加了新的理念，并得到了實際應用。希望此文能夠給鍛造行業的同仁帶來不同的設計思路，共同進步。此鍛造工藝我公司將廣泛應用于后續開發的新突緣鍛件產品中，相關設計、文件、工藝、流程逐漸形成標準化。
—— 來源：《鍛造與沖壓》2018年第21期
回轉體網格狹長，決定計算時間增量步過小，但又不是分析重點，分析重點在圓柱部，怎么優化
來源：e-works 特約撰稿人：王毅
關鍵字：DynaForm 回轉體結構
對于回轉體結構的多工步成型時，如果成型過程是變薄拉伸，可以適當使用2D截面分析，進行快速的方案驗證以及迭代計算分析。
作為業界標桿的通用非線性求解器，LS-DYNA在沖壓領域應用廣泛，以LS-DYNA為求解器的沖壓軟件眾多，業界比較出名的有DynaForm、JSTAMP、Fastamp等。但在鍛壓領域，以LS-DYNA為求解核心的應用甚少，DynaForm5.9.4版本增加了對回轉體（或厚板）截面的2D分析，這種分析以往都是借助鍛壓軟件完成，比如DEFORM、SimuFact.Forming、Forge等，現在在DynaForm內就可以輕松完成，對于一些厚板折彎或者回旋體結構的多工步變薄成型具有很重要的應用價值。
對于回轉體結構的多工步成型時，如果成型過程是變薄拉伸，這個時候使用殼單元進行計算，往往計算結果與實際的成型結果差異巨大，其根本原因就是殼單元虛擬的壁厚，不能很好地反應實際的成型狀態，所以使用2D軸界面進行分析，計算結果可能會更符合實際的成型結果。以下是具體的計算方法：
1、CAD模型處理。分析模型首先需要處理好與板材接觸的零部件，然后取截面，并保存為IGES格式。或者也可以直接畫截面的形狀。
圖1 CAD模型的處理
當然，這個操作還是有點繁瑣，如果涉及到多工步，需要把多個工步都分別處理。需要注意的是，在輸出IGES時，需要Y軸向上輸出。因為是截面，所以建議按照Y軸向上的標準輸出，這樣設置時不會產生過多問題。
2、導入DynaForm，劃分網格，基本過程和殼單元分析的類似，在此不做詳細說明。
展開 1.2計算模型及網格劃分
本文選取Myring型回轉體和荷蘭船模試驗水池著名的No.19A導管作為研究對象。Myring型回轉體和No.19A導管的幾何外形圖如圖1所示。表1給出了回轉體和導管（組合體）的主要參數。
計算域及邊界條件如圖2所示。流體計算域為長方體和組合體之間的區域，長方體的長、寬、高分別為80b，16b和16b。回轉體和導管表面為無滑移壁面，長方體除下游邊界面為壓力出口外，其余5個面均為速度入口。組合體首部距上游邊界面24b，距下游邊界面55b，距左右邊界面皆約8b。圖3所示為組合體的網格劃分及加密圖。對回轉體及導管周圍網格進行加密以準確捕捉變化梯度大的物理量。近壁處最外層的貼體網格尺寸應與相鄰網格尺寸相當，以使網格過渡自然。回轉體設置5層邊界層網格，第1層網格高0.5mm；導管設置4層邊界層網格，第1層網格高0.04mm。對施加了體積力源項的導管內螺旋槳盤面附近區域進行加密，以提高體積力源項分布精度。在導管及回轉體壁面設置邊界層網格，以使其y+值整體處于60附近。
2 傳統螺旋槳體積力法原理與失真分析
2.1傳統螺旋槳體積力法原理
傳統的螺旋槳體積力法是指目前使用最普遍的以Goldstein最佳分布為分布模型的描述型體積力法，亦即經典的H-O模型[7]，本文稱“Goldstein分布”方法。
該體積力沿圓柱形虛擬盤軸向均勻分布，徑向分布遵循Goldstein最優化分布：
其中：
以上式中：，分別為體積力的軸向分量與切向分量；r為徑向坐標；為槳轂半徑；梢圓半徑；Δ為虛擬盤厚度；T，Q分別為螺旋槳的推力和扭矩。
展開 熟悉hypermesh基本操作的同行都知道，對于很規則的回轉體，可通過3D中spin命令基于面網格或體網格表面節點旋轉一定角度即可得到規則的回轉體網格。
但是當遇到回轉體是由n個局部特征結構組成時，無法用spin命令。如使用Tool中rotate命令，則要反復操作，尤其當n比較大時，操作繁瑣費時。本貼提供了一種基于tcl語言編制的旋轉命令，網格一次性旋轉得到。
如下示意的一種局部結構，需要再局部旋轉71次才能形成回轉體，當然利用對稱性可以減少次數。這里直接提供旋轉命令，一次性完成。
最后效果：（一次性旋轉陣列完成）。
回轉體的最新內容
并不簡單的彈塑性本構子程序6個月前
測試模型
在ABAQUS的PART模塊，用回轉體方法，創建一個啞鈴形試驗件，根據對稱性，建立1/4模型。
底部固定，頂部拉伸，內部面設置對稱條件。
為了加速計算進程，設置質量縮放。
復雜部件的高精度全維度測量
機床部件形態多樣、結構復雜，既有軸類、套筒類回轉體零件，也有箱體、支架等大型結構件，還包括齒輪、凸輪等特殊曲面構件。當面對復雜多樣的機床部件，傳統檢測手段往往難以全面覆蓋其多維幾何公差要求。而三坐標測量儀高精度、高柔性的測量特點，可精準捕捉尺寸公差、形位公差等關鍵參數。
由于車床主要用于回轉體工件的加工，測頭需要能夠適應在圓周方向和軸向方向的測量。而且車床的加工精度要求也會決定測頭精度等級的選擇，高精度車床通常需要配備更高精度的測頭。
2.測量任務和精度要求
- 尺寸測量任務：如果主要是進行簡單的尺寸測量，如測量工件的長度、直徑等基本幾何尺寸，那么一般精度的接觸式測頭可能就能夠滿足需求。
客戶困境
1.批量加工軸類回轉體零件，產品尺寸超差與否無法有效監控；
2.人工測量尺寸耗時耗力且不精準，測量數據一致性不好；
3.加工后產品尺寸有余量手工補償再加工效率及精度低；
4.刀具磨損很難監控到位；
5.測量數據無法輸出反饋；
6.量測抽檢占機時間長停機次數高；
7.紅外測頭雙主軸測量過程中信號有干涉。
車削加工中心可以完成所有回轉體零件的加工。 </p><p>②金屬成型類數控機床 如數控折彎機、CNC數控彎管機、CNC數控回轉頭壓力機等。</p><p>③數控特種加工機床 如數控線切割機床、數控電火花加工機床、數控激光切割機等。</p><p> ④其他類型的數控機床 如火焰切割機、數控三坐標測量機（CMM）等。
1.2 基于ABAQUS-Python構建程序
1.2.1 參數化建模
本文研究的橡膠-金屬襯套結構為回轉體結構，上下對稱，因此只需繪制1/4結構，并通過鏡像的方法得到完整模型。圖2展示了繪制的1/4結構。
圖2 橡膠-金屬襯套1/4結構
結合表1中的數據，運用幾何計算的方法，易得圖2中6個點和其他各點坐標值。
趙錢孫等[1]和王建等[11]學者將笛卡爾坐標系下的3D打印機與柱坐標系下的3D打印機進行機械結構對比，總結出用柱坐標系3D打印回轉體具有打印速度快、精度高、穩定性好和控制簡單等優點。
為此本文在柱坐標系的基礎上，利用行星軌道[12]，設計了一種多噴頭3D打印機。考慮到打印回轉體零件的簡便與高效，底座采用行星軌道來連接Z軸運動機構與底座形成柱坐標系的運動結構。
4.2回轉體阻力驗證
為了研究回轉體與導管螺旋槳耦合下的整體水動力性能，需要對回轉體的水動力模擬方法予以驗證。對文獻[18]中具有試驗數據的“組合1”型Myring回轉體進行數值仿真，通過加密回轉體壁面及其附近網格，得到3了套網格，通過將模擬結果及其與試驗值的對比，得到如表3所示結果。由表3可知，回轉體在各航速下的阻力模擬值與試驗值吻合較好，隨著網格數的增加，相對誤差逐漸降低。
Myring型回轉體和 No.19A 導管的幾何外形圖如圖 1 所示。
圖1 回轉體和導管幾何外形圖
計算域及邊界條件如圖 2 所示。
主要功能：回轉體復雜零件編程與加工 高精密零件加工、試制；加工方案、工藝優化等。
