輥壓模擬
關(guān)注創(chuàng)建者：Ian_5251 創(chuàng)建時(shí)間：2020-04-30
輥壓模擬的實(shí)例教程
輥壓成形分析：
（1）底座和輥輪為先設(shè)置為可變形體，后續(xù)將其約束為剛體
（2）量綱：t-mm
前處理：
1幾何模型的構(gòu)建：ABAQUS建模-底座、輥輪和板料
2.材料參數(shù)定義：根據(jù)實(shí)際自行定義
（1）創(chuàng)建材料
（2）創(chuàng)建截面
（3）截面指派
3.網(wǎng)格系統(tǒng)的構(gòu)建：
（1）裝配
（2）網(wǎng)格劃分
（3）單元類型選擇：C3D8R
求解：
1.求解器的設(shè)定
（1）求解器：質(zhì)量縮放加快求解
（3）輸出設(shè)定保持默認(rèn)
2.連接關(guān)系的構(gòu)建
（1）接觸屬性：摩擦系數(shù)0.2
（2）接觸關(guān)系：輥輪和底座與板料接觸部位為主面，板料上下面為從面
（3）約束：底座及其參考點(diǎn)、輥輪及其參考點(diǎn)都設(shè)置為剛體約束
3.邊界條件的設(shè)定
（1）位移邊界條件：底座完全固定，板料約束X方向和Z方向的位移，加快求解；輥輪設(shè)置其轉(zhuǎn)動(dòng)速度和Z方向的位移速度。
后處理：
圖1 Mises應(yīng)力云圖
圖2 等效塑性應(yīng)變?cè)茍D
仿真動(dòng)畫
模型及其分析過(guò)程僅供參考，距實(shí)際工程應(yīng)用仍存在不足。
展開 為建立輥壓工藝參數(shù)與電極孔隙結(jié)構(gòu)以及電池整體性能的定量關(guān)系， 研究者開展了大量的理論模型與數(shù)值模擬工作。如Meyer等［88］通過(guò)對(duì)石墨負(fù)極和NCM正極的輥壓過(guò)程施加不同速度變化的線負(fù)載并跟蹤，根據(jù)孔隙率減小量，基于數(shù)學(xué)模型參數(shù)量化了極片在收斂到最大密度和最小孔隙率時(shí)不同的壓實(shí)阻力。 Kang等［89］采用同步透射X射線顯微斷層掃描系統(tǒng)研究了不同組成比例NCM電極輥壓過(guò)程中孔隙率、孔徑分布、比表面積以及曲折度等電極微結(jié)構(gòu)的演化規(guī)律，如圖8（a）所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn)輥壓過(guò)程有助于形成更小的孔徑與均勻的孔徑分布，增加電化學(xué)活性面積，從而提高倍率性能。對(duì)于電極微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，并對(duì)其進(jìn)行輥壓工藝仿真也是目前仿真工藝的方向之一，如Giménez等［90］通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得單顆粒的載荷-應(yīng)變曲線，建立單顆粒的彈塑性模型，如圖8（b）所示，進(jìn)而搭建極片的離散元模型，仿真輥壓前后電極孔隙率、厚度、電導(dǎo)率參數(shù)變化，以及輥壓后電極的彈性恢復(fù)特性。在此基礎(chǔ)上， 他們還對(duì)輥壓過(guò)程中NCM電極離子/電子電導(dǎo)率、黏附強(qiáng)度的影響進(jìn)行了研究［91］， 發(fā)現(xiàn)相同輥壓負(fù)載下， 較高的初始孔隙率會(huì)導(dǎo)致更低的最終孔隙率。
圖8 輥壓工藝仿真技術(shù)演化
注：（a） 電極輥壓前后x-CT微觀表征及三維重構(gòu)［89］； （b） 輥壓過(guò)程載荷-應(yīng)變曲線的仿真結(jié)果［90］； （c） 基于實(shí)驗(yàn)/仿真數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)評(píng)估電極輥壓過(guò)程中電極微結(jié)構(gòu)演化、電池特性的研究流程［92］； （d）基于分子動(dòng)力學(xué)的介觀模型仿真［77］。
結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果、數(shù)值模擬與機(jī)器學(xué)習(xí)方法， Duquesnoy等［92］開發(fā)出實(shí)驗(yàn)/仿真數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的電極微結(jié)構(gòu)生成算法，如圖8（c）所示，利用機(jī)械學(xué)習(xí)算法建立輥壓參數(shù)電極特性的定量關(guān)系，由此有效地評(píng)估了輥壓壓力、電極材料組分、曲折度、導(dǎo)電率等電極微結(jié)構(gòu)特征對(duì)電池電化學(xué)性能的影響規(guī)律。
展開 
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輥壓模擬的最新內(nèi)容
分析求解
01 拓?fù)鋬?yōu)化：助力結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)，擴(kuò)展產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思路和潛力
02 非線性屈曲分析：模擬長(zhǎng)直桿件和薄壁結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)現(xiàn)象
03 電磁力載荷：快速創(chuàng)建周期性的電磁力
3.
模擬過(guò)程：
Fluent可以成功模擬焊接過(guò)程中動(dòng)態(tài)熱源的的變化過(guò)程，獲得此工況下結(jié)構(gòu)內(nèi)部的溫度場(chǎng)瞬態(tài)變化。后續(xù)可用于結(jié)構(gòu)熱應(yīng)力及變形的分析。
基于介觀模型對(duì)輥壓機(jī)理進(jìn)行分析，從模型仿真的角度探究輥壓工藝對(duì)電極介構(gòu)的影響也是目前研究的熱點(diǎn)之一，如Tan等［61］利用離散元法（DEM）模擬輥壓壓力及速度對(duì)電極微觀結(jié)構(gòu)的影響，將 AM 顆粒和 CBD顆粒作為模型輸入。仿真得出仿真輥壓工藝前后的涂層厚度、電導(dǎo)率等參數(shù)，并與石墨、鈷酸鋰、NCM極片的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
液壓油缸被廣泛地應(yīng)用在水泥生產(chǎn)中的回轉(zhuǎn)窯、篦冷機(jī)、輥壓機(jī)、堆取料機(jī)等主機(jī)設(shè)備上。液壓油缸的密封元器件既是易損件，也是液壓油缸的核心零部件，直接影響著油缸的穩(wěn)定運(yùn)行。為了長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定運(yùn)行，需要定期進(jìn)行維修保養(yǎng)，更換密封件。
新開發(fā)的另外一種算法局部域法適用于大部分旋轉(zhuǎn)成形，包括擺碾、輥壓、旋壓等工藝，計(jì)算效率也有了成倍的提高。以上算法都是經(jīng)過(guò)實(shí)際驗(yàn)證和對(duì)比，結(jié)果與傳統(tǒng)穩(wěn)健的拉格朗日增量法計(jì)算結(jié)果相差無(wú)幾，在使用時(shí)，軟件提供界面直接激活，方便易用。
在本次演講中，將介紹離散元法（DEM）仿真研究鋰離子電池電極的輥壓過(guò)程。通過(guò)結(jié)合 DEM、X 射線計(jì)算機(jī)斷層掃描和電化學(xué)分析，探索電極的機(jī)械和結(jié)構(gòu)特性。
輥壓成形分析：
（1）底座和輥輪為先設(shè)置為可變形體，后續(xù)將其約束為剛體
（2）量綱：t-mm
前處理：
1幾何模型的構(gòu)建：ABAQUS建模-底座、輥輪和板料
2.材料參數(shù)定義：根據(jù)實(shí)際自行定義
（1）創(chuàng)建材料
（2）創(chuàng)建截面
（3）截面指派
3.網(wǎng)格系統(tǒng)的構(gòu)建：
（1）裝配
（2）網(wǎng)格劃分
（3）單元類型選擇
文章還介紹了異種焊接的常用數(shù)值分析方法：宏觀尺度上模擬溫度場(chǎng)、流場(chǎng)和應(yīng)力應(yīng)變的等效熱源法和熔池仿真法，介觀尺度上模擬熔池微觀組織的相場(chǎng)法、元胞自動(dòng)機(jī)法和蒙特卡洛法；此外，還介紹了機(jī)器學(xué)習(xí)算法在性能預(yù)測(cè)方面的一些嘗試。
輥壓成形工藝
輥壓成形工藝是一種以若干滾輪轉(zhuǎn)動(dòng)將材料送入，同時(shí)順次成形，獲得所需斷面產(chǎn)品的工藝。近年來(lái)，國(guó)外主流汽車廠商所開發(fā)的新車型中，輥壓型鋼零部件已占到60％，輥壓門檻在國(guó)內(nèi)合資品牌廠商應(yīng)用也逐漸普及，如上汽通用、長(zhǎng)安福特、上汽大眾等，但這一技術(shù)在我國(guó)自主品牌汽車中才剛剛起步。
借助于強(qiáng)大的材料開發(fā)能力，寶鋼形成了VRB零件的設(shè)計(jì)、材料開發(fā)、成形過(guò)程模擬、模具設(shè)計(jì)和產(chǎn)品質(zhì)量評(píng)估的能力，并已試制成功前縱梁、儀表板支架、頂蓋橫梁等零件，同時(shí)也軋制成功了1 500MPa級(jí)別的非鍍層和鋁硅鍍層的熱沖壓成形鋼板，成功試制了熱沖壓成形VRB中通道零件。
