ABAQUS軋制成型的案例
軋制成型模擬
軋制成型模擬
活塞環用精密型材軋制成型顯式動力學有限元仿真
摘要：本文利用大型通用顯式動力學有限元分析軟件ANSYS/LS-DYNA對活塞環用精密型材的軋制過程進行了有限元仿真，詳細介紹了有限元模型的建立、材料模型和單元類型的選擇以及網格的劃分，得到了各道次軋制金屬的流動規律，對軋件的變形及應力場的分布進行了深入分析，為成型軋輥的設計以及優化生產工藝提供了參考。
1 前言
活塞環是發動機的關鍵零件之一，被喻為發動機的心臟；同時也是易損零件，更換頻繁，我國每年制造的活塞環達數億片之多。活塞環尺寸小且尺寸精度與表面粗糙度要求非常高，長期以來以鑄鐵為原材料采用傳統方法加工生產，需要通過車、銑、磨等二十多道工序才能最終成型，生產成本非常高。隨著精密成型技術的發展，發達國家采用冷態成型軋制方法生產出了符合活塞環截面形狀及尺寸精度要求的精密型材，再經數控成型機直接將精密型材繞成特定形狀的開口橢圓，從而將活塞環一次成型，將以往的二十多道工序縮為了幾道工序，既降低了加工成本又提高了產品性能。然而，此類精密型材的加工制造在國內尚屬空白，盡管國外產品價格高昂，每年仍需從國外大量進口以滿足生產需要。因此精密型材的國產化具有十分重要的意義。
冷態成型軋制過程中，材料的塑性變形規律，軋輥和軋件之間的摩擦現象，材料微觀組織的變化，軋制過程壓下率、軋輥直徑、軋制速度等因素的影響等等，這些都是非常復雜的問題。研究軋制過程的金屬變形規律，通過實驗研究可以最大程度地接近生產實際，為現場生產提供準確的參考數據。但是實驗研究需要實驗前的準備、現場實驗、實驗結果處理等大量工作，周期較長。而且，由于實驗的偶然性，往往一次實驗很難解決需要研究的所有問題，同時失敗的機率也非常大。實驗一旦失敗，將會造成大量的人力、物力的浪費。同時對于精密型材的軋制涉及到金屬的流動、應力場等分布量的定量計算，傳統的實驗手段很難處理這類問題。
展開 ABAQUS 棒料軋制分析案例 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、掌握軋制分析各個部件的三維模型繪制
2、理解軋制的顯示動力學分析步的建立
3、學習軋制接觸分析的相互關系的設置
4、了解顯示動力學網格的劃分
5、學習轉動速度載荷的施加
6、學習結果后處理的查看與對比
案例介紹：
所使用軟件為ABAQUS2018.
案例介紹了使用ABAQUS進行棒料軋制分析。
本案例提供了分析相關的分析文件。
金屬環形軋制的Abaqus分析
利用Abaqus分析的金屬環形軋制，該demo模型、網格均簡單化，導向輥的控制由于直接采用位移控制所以并非很準確。該demo的主要目的是梳理一下金屬軋制過程有限元分析的要點和過程。
其中的一些點（例如質量縮放因子、自適應網格等方法或理論均可網上查閱以作更多的了解）
后續可能會抽時間利用vuamp子程序進行導向輥的準確控制，以得到更準確的金屬軋制模擬結果。
利用Abaqus做金屬環形軋制的有限元分析，涉及的幾個點如下：
（1）利用顯示動力學分析
（2）軋輥當做解析剛體，需建立參考點表示，同時需要給定質量和轉動慣量；
（3）金屬材料屬性需要定義塑性部分；
（4）定義質量縮放因子以幫助計算；
（5）最好采用自適應網格；
（6）定義接觸時剛體為主面；
（7）金屬環形軋制時通過位移約束給定邊界條件；
（8）導向輥的邊界條件需要合理定義。
首先分別建立幾何模型，驅動輥的模型如下所示：
變形體的模型如下：
芯輥和導向輥同樣。
接著定義材料模型，變形體定義密度、彈性模量、泊松比和塑性參數，該次模型塑性參數如下：
三個解析剛體分別定義質量和轉動慣量，通過主菜單Special-Inertial定義，其中驅動輥的參數設置如下：
轉動慣量可自己計算，常見模型轉動慣量計算如下：
之后進行模型裝配，裝配好的模型如下所示：
之后定義分析步，Dynamic，Explicit，同時設置質量縮放因子，通過主菜單Other-ALE Adaptive Mesh Domain進行自適應網格的設置。
之后定義接觸，驅動輥與變形體、芯輥與變形體之間為摩擦接觸，摩擦因子為0.15，接觸屬性包括切向和法向（法向硬接觸），芯輥和變形體之間采用無摩擦接觸。
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abaqus軋制 兩種方法 ALE與歐拉邊界 ￥10
問題描述：
采用傳統的拉格朗日模型和ALE（任意的歐拉-拉格朗日）模型兩種方法
ALE模型：板子左右采用歐拉邊界，采用關鍵字REGION TYPE=EULERIAN，材料從右端流入，左端流出。
這樣可以避免有限元模型尺寸過大和大變形等。
拉格朗日網格材料和網格一起動，充滿網格，歐拉網格固定，材料在網格內流動，可不沖滿網格。而ALE集合兩者的優點。
1，拉格朗日模型
尺寸 20×4，R30 單位毫米
質量縮放，加快分析速度；
2，ALE模型
建模過程基本一致
不同點：
選取ALE區域，設置頻率
設置ALE網格約束，將歐拉邊界網格約束住，修改inp文件關鍵字：REGION TYPE=EULERIAN
展開 基于ABAQUS軋制成形顯式動力學分析 ￥5
求解：
1.求解器設定
（1）求解器采用顯式動力算法：Dynamic,Explicit
多載荷步分析：
Step1：軋板的送料（0.001s）
Step2：軋板軋制成形（0.01s）其他保持默認
（2）設置場輸出和歷史輸出：
場輸出：step2的頻率調整為50（即一共輸出50幀），與隱式不同
歷史輸出：保持默認
2.連接關系設定
接觸設置為通用接觸即軟件自行判定，也可設置為面-面接觸
接觸屬性：切向摩擦系數為0.3，法向為硬接觸
約束：設置參考點并與軋輥設置為剛體約束
3.邊界條件設定
位移（約束）：step1釋放軋輥的轉動自由度，板料通過強制位移送入；step2中軋輥添加轉速，軋輥的位移釋放
載荷（載荷）：step2對板料施加壓力（壓下量太大，僅靠摩擦會打滑導致無法繼續軋制）
至此，求解過程結束。
本次模擬僅供參考，具體問題需具體分析。
后處理：
應力云圖
位移云圖
本次模擬并未進行摩擦生熱的熱力耦合，需要的小伙伴可參考上期制動盤熱力耦合分析帖子。
展開 Abaqus調用damask實現軋制變形中FCC，BCC織構演化分析------案例六
Abaqus調用damask實現軋制變形中FCC，BCC織構演化分析
案例實操一
1，使用abaqus建立20*20*20（mm）的立方塊
2，對立方塊進行單元劃分共包含1000個單元
3，假設每個單元代表一個單獨的晶粒，通過腳本隨機賦予每個單元材料屬性
4，施加對應的邊界提交（60%的下壓量）
5，提交與后處理材料數據
包含1000個晶粒的有限元模型
材料的初始取向分布
FCC軋制后的取向分布情況
BCC軋制后的取向分布情況
Abaqus/Standard與Abaqus/Explicit的材料成型仿真模擬比較
材料的塑性成型過程中，我們往往需要確定在成型過程中作用在沖頭上的力，以及作用在毛柸和夾具上的力，同時也必須確定材料的塑性應變，是否超過材料的失效應變，進而確定在成型過程中材料是否發生斷裂。
在成型模擬中，涉及到多種物體之間的接觸，以及毛柸的大變形，因此是一個很強烈的非線性問題。Abaqus由于強大的非線性求解，在材料的成型模擬中應用廣泛。本文利用abaqus中的隱式求解方法standard與隱式求解方法explicit，模擬了同一個金屬板材加工成凹槽的過程。
一、模型的建立
板材的成型模擬過程可以簡化成如圖1所示的物理模型（采用了對稱原理）。毛柸在夾具和沖模的作用力下固定，對沖頭施加一個作用力，使毛柸發生塑性變形，進而形成我們所想要的形狀。
在abaqus中模擬過程中，我們采用二維平面應變模型。關于平面應變和平面應力問題，很多讀者可能會感到困惑。作者在這里對平面應變和平面應力的問題做簡要的區別。平面應變是材料應力應變六面體單元中,Z向的應變為0，只有X與Y方向的應變，一般對應于柱體的問題；而平面應力則是在應變應力六面體單元中,Z向的應力為0，只有X與Y方向的應力，一般對應于薄板的問題。本例中，毛柸在Z向的方向較長，Z方向的應變基本為0，因此本文采用平面應變模型求解。
圖1 成型分析的物理模型
對于毛柸，我們采用二維的可變實體單元建立模型。而對于沖頭，夾具與沖模，相對于毛柸來說，他們的剛性較大，在材料的沖壓成型中，變形可以忽略。因此，我們采用剛性體來模擬。在abaqus中，剛形體的建立有解析剛體和離散剛體。解析剛體一般用來模擬簡單的形狀，如曲線或者殼體；而離散剛體可以模擬任意復雜形狀的剛體。同時解析剛體不需要劃分網格，而離散剛體需要劃分網格。但是解析剛體和離散剛體都需要賦予參考點。
展開 abaqus鉚釘成型 ￥15
abaqus鉚釘成型
abaqus凹槽成型
采用隱式分析做的一個凹槽成型，對接觸要求非常嚴格，希望對既有接觸又有大變形分析的同學帶來靈感！
abaqus沖壓成型
abaqus沖壓成型
Abaqus 鈑金彎曲成型 ￥5
Abaqus 鈑金彎曲成型，沖壓，自做模型，內附操作視頻，cae,inp文件
abaqus鈑金沖壓成型 ￥10
abaqus鈑金沖壓成型，自做模型，內附操作視頻，cae,inp文件
鋼板成型例子abaqus
做了一個鋼板成型的例子，需要源文件的或者教學視頻的可以加我球球443941211
ABAQUS軟件在材料成型中的應用
ABAQUS有限元分析軟件基于其強大的功能，可以廣泛地應用與材料成型過程的模擬。
1. 鋼材軋制過程的模擬
在軋制工字鋼、槽鋼等帶凸緣的異型斷面型鋼時，ABAQUS軟件進行有限元仿真分析，可以對孔型橫斷面上各處變形進行精確模擬，能夠有效解決軋輥、動力消耗大，產品尺寸精度、軋制效率等問題。
ABAQUS對L型鋼成型過程的仿真同樣也能夠取得較好的結果。軋制過程中，軋件在變形區內的軋制壓力分布是影響軋制力及軋輥各部位磨損程度的主要因素。ABAQUS顯示動力學有限元模擬的方法，對在不同變形參數條件下的軋制過程進行實時數值模擬，得出了軋件表面的軋制壓力分布規律，表面關鍵點的位移、應力、應變、溫度值，而且可以得到整個軋件的變形和溫度場等更全面的信息。
2. 鍛造過程模擬
ABAQUStigong了強大的處理非線性的功能。可以模擬鍛造成形過程中的局部大位移、大轉動，以及復雜的接觸算法（包括剛體－剛體，剛體－變形體，變形體－變形體，其中剛體表面還可以是解析剛體面），并可以實時計算相應的模具反力。
3. 彎管成型過程模擬
圖示結構為彎管成形制造工藝中各種裝備相互作用情況的示意圖。有限元分析主要針對在內壓作用下經過加熱的鋼管受力發生塑性變形的過程進行研究。圖5為ABAQUS對彎管成型過程的模擬。
4. 鈑金成型過程模擬
ABAQUS擁有豐富的材料本構模型和單元類型，在處理高度非線性問題方面性能卓越，一直為廣大工業和研究客戶所信賴。圖示為某航空油箱成形過程中起皺現象的仿真模擬。
現代金屬成形工藝分析過程中，建立適當的“過程模擬”非常重要。
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