冶金過程的數值模擬的案例
學習記錄——Workbench含斜拉索&橋梁&小車行駛過程數值模擬
駛過程數值模擬
駛過程數值模擬
今天學習的案例是Workbench含斜拉索&橋梁&小車行駛過程數值模擬。難點是小車行駛過程中整車產生的重力引起的輪胎變形的不同等效形式和復雜時域載荷如何施加到系統模型當中。
本案例還是遵循377原則，即三大步三小步。如圖所示。
1.前處理
1.1幾何模型系統的構建
導入模型如圖所示。
1.2材料模型系統的構建
密度：7850
楊氏模量：210e9
泊松比：0.3
1.3有限元模型系統的構建
1.3.1材料賦予
1.3.2連接關系：轉動、固定和移動
1.3.3網格劃分
2.求解
2.1載荷邊界條件
轉動副
2.2位移邊界條件
2.3求解設定
時間0.1s，初始步數25，最小步數20，最大步數250，打開大變形。
下面是本案例的思維導圖。
展開 學習記錄——Workbench盤式制動器系統瞬態動力
學評估
駛過程數值模擬
駛過程數值模擬
今天學習的案例是Workbench盤式制動器系統瞬態動力學評估。難點是能量的輸入和輸出決定的是什么和當出現不合理的結果以后如何思考。
本案例還是遵循377原則，即三大步三小步。如圖所示。
1.前處理
1.1幾何模型系統的構建
導入模型如圖所示。
1.2材料模型系統的構建
密度：980
楊氏模量：110e9
泊松比：0.3
1.3有限元模型系統的構建
1.3.1材料賦予
1.3.2連接關系：轉動、固定和移動
1.3.3網格劃分
2.求解
2.1載荷邊界條件
轉動副
2.2位移邊界條件
2.3求解設定
時間0.1s，初始步數25，最小步數20，最大步數250，打開大變形。
下面是本案例的思維導圖。
零件空冷過程數值模擬
零件空冷過程數值模擬
混鐵爐傾鋼過程數值仿真模擬
fr=aladdin
本次任務就是模擬混鐵爐傾倒鐵水過程，分析傾鋼過程中鐵水流場、一定旋轉角速度下剩鋼量與傾鋼時間的關系，以及鐵水對耐材的物理沖刷強度分布。下圖是混鐵爐的砌筑圖
幾何模型（由于結合結構和流場都嚴格對稱，所以取計算域的一半作為分析對象）
1、傾倒鐵水過程動畫1
http://v.youku.com/v_show/id_XMzI3MzY3MTE1Mg==.html
2、傾倒鐵水過程動畫2
http://v.youku.com/v_show/id_XMzI3MzY3ODE1Mg==.html
3、流場矢量
4、剩余鐵水量-時間曲線以及鐵水對耐材沖刷強度-時間曲線
展開 
中間軸數值模擬的過程分析
然后在任務欄中右鍵單擊，在下拉菜單中選擇【快速啟動】，在彈出的對話框中的【過程數】輸入4，單擊【現在啟動】計算。
模擬結果分析
模擬計算完成顯示圖標，單擊鼠標右鍵，在彈出菜單中選擇【GLview Inova（Blocker）】，打開后處理界面，如圖5所示。
實際生產應用
輸入軸冷鍛模具結構
生產中我們采用通用冷鍛模架，預成形和終成形工序的模芯結構圖，如圖6所示。凹模結構均采用組合式凹模，凹模與外套采用過盈配合，以施加預緊力，減少冷鍛時模具開裂。凹模內芯材料一般采用基體鋼YXR3材料（調質58～60HRC），外套采用H13材料（調質43～45HRC），凹模頂桿采用Cr12MoV材料（調質58～60HRC）。組合凹模受力較大的地方采用典型的2層預應力結構，受力不大的地方采用單層預應力結構。
工藝過程及成形情況
中間軸采用的工藝流程如圖7所示。下料后對棒料進行球化退火，退火后硬度在150～160HB之間。等溫正火后的機加工主要是加工鍛件右側的三個凹槽和銑兩個端面及中心孔。冷擠壓后鍛件及加工件如圖8所示。
圖5 后處理界面
圖6 模具結構圖
圖7 中間軸采用的工藝流程
圖8 冷擠壓成形鍛件及加工件
表1 冷鍛毛坯與熱鍛毛坯車削性能對比
機械加工性能驗證
冷鍛毛坯與熱鍛毛坯車削性能對比見表1。冷擠壓毛坯車削斷屑性能優于熱鍛毛坯，加工無纏屑，有利于自動化及數控車削中心生產線生產；兩種毛坯的表面質量相近，均滿足工序要求。
冷軋花鍵性能
對精車完的軸齒進行花鍵冷軋試驗，觀察齒面形貌、并統計相關輪齒精度，圖9為冷軋花鍵的齒面狀態。花鍵徑跳Fr對比如圖10所示。冷擠壓毛坯滾軋的花鍵成形性比較好，金屬流動正常；花鍵精度及穩定性方面都優于熱鍛毛坯。
展開 穩壓罐排水過程數值模擬（ANSYS CFX） ￥10
說明：軟件版本為ANSYS CFX 2019R3；
本文展示了穩壓罐內排水的瞬態過程，分別給定出口流速為3m/s和0.3m/s，對罐體內的排水過程進行數值模擬。本文計算模型如下圖所示，各關鍵坐標見圖中所示，網格由ICEM劃分結構化網格，轉換為非結構網格后沿Z向拉伸，生成三維網格。邊界條件：出口——流速（3m/s和0.3m/s），初始流場給定罐體內水與空氣各一半（500 mm），水中壓力按照靜水壓力給定。
出口給定3m/s時計算結果如下：
出口給定0.3m/s時計算結果如下：
通過液面變化能發現一個不同點是，隨著水面降低，0.3m/s的出口流速在穩壓罐右側并未出現明顯凹陷（靠近右側的），而3m/s的出口流速在穩壓罐右側液面高度明顯低于左側。
如何解釋這一現象，筆者找到這樣一個參數，就是弗勞德數（符號為Fr，是水的慣性力與重力之比，是用來確定水流動態如急流、緩流的一個量綱為一的數）。當Fr=1時，即水的慣性力等于重力，水流為臨界流；當Fr>1時，水流為急流，代表流速大、水流湍急的流動狀態。
通過對計算結果的穩壓罐水面高度高于100mm時，0.3m/s的出口流速下弗勞德數是小于1的，而3m/s的出口流速下弗勞德數是大于1的，因此按照這樣的判斷方式可以能夠一定程度上解釋兩種液面變化的不同之處。
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展開 fluent-動網格-兩車交會過程的數值模擬
本文通過Fluent軟件對兩個高速運動的長方形汽車交會錯車時的速度場和壓力場進行數值模擬。圖1為兩車交會錯車的簡化模型，對兩車交會時流場的模擬是在一個有限的區域內進行的，計算區域長10m，寬5m，兩個長方形物體長4m，寬1.5m，兩車橫向和縱向間距均為0.5m。兩車運動速度均為55m/s，運動方向相反。
sequence-1.rar
velocity.txt
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同軸送粉TIG熔覆過程數值模擬與試驗研究
圖4 電弧的溫度場分布
2.5.2 氣流過程模擬
同軸送粉TIG熔覆過程電弧的流場數值模擬結果如圖5所示。圖5a為130 A電流下電弧等離子體速度分布云圖。圖5b為電弧中心軸向等離子體速度分布曲線。等離子氣以較小的速度從焊槍的送粉通道和送氣通道流入，在鎢極下端因受到電弧的影響開始電離，隨著電離的發生，等離子體速度迅速增大，靠近工件表面時等離子體的速度逐漸收斂，至工件表面時降至0，由圖5a可以看出，氣流主要集中在鎢極下方，從而提高了焊接質量和穩定性。圖5c為電弧中心軸向壓力分布曲線。可見，電弧中心軸向壓力先升后降，且峰值隨電流的增加而增大。
圖5 電弧的流場數值模擬結果
2.5.3 電勢分布
同軸送粉TIG熔覆過程電弧的電勢分布如圖6所示。本研究采用直流正接方式，即鎢極為陰極，工件為陽極，工件接地，電勢為0。圖6a為130 A電流下電弧電勢分布云圖。可以看出，鎢極尖端電勢變化較大，靠近工件變化較小，當電流分別為100、130、160 A時對應的最高電勢差分別為12.75、13.27、13.80 V，電壓變化較小，對熔覆過程影響小。
圖6 電弧的電勢分布
2.5.4 粉體顆粒運動軌跡模擬
圖7為不同時間下同軸送粉TIG熔覆的粉體顆粒運動軌跡數值模擬結果。可知，大部分粉體顆粒成功進入熔池區域，通過COMSOL軟件對粉體顆粒的分布進行統計，可知，共釋放了270顆粉體顆粒，其中192顆粉體顆粒到達熔池參與熔覆過程，只有少部分粉體顆粒飛出熔池區或殘留在工件表面，粉體顆粒的利用率為71%，提高了熔覆質量和性能。
展開 VOF算法的浮體入水過程的數值模擬 ￥499
采用VOF 法求解氣液界面,結合k-e湍流模型和動網格技術模擬物體入水這一簡單氣液固多相流流動。
浮體首先自由下落，流體浮力和粘性阻力在接觸液體后逐漸增大，加速度隨之減小，速度增加變緩，當浮力與粘性阻力之和等于重力時，加速度等于零，達到最大下降速度，之后開始減小，直至減小到零，達到最大入水深度；接著物體緩慢上升，粘性阻力改變方向，當再次接觸到液面后，浮力減小，速度增加變緩，當浮力等于重力與粘性阻力之和時，達到最大上升速度，之后開始減小，直至減小到零，達到最大上升高度。浮體重復上述運動過程，且由于流體粘性，幅度逐漸衰減。
汽車排氣后處理裝置工作過程數值模擬
汽車排氣后處理裝置工作過程數值模擬
汽車排氣后處理裝置工作過程的數值模擬.part1.rar
汽車排氣后處理裝置工作過程的數值模擬.part2.rar
Fluent-多相流-三相流-固液氣（水流對沙灘沖刷過程的數值模擬）
Fluent專家-多相流-案例8
（水流對沙灘沖刷過程的數值模擬）
wb.rar
案例簡介
模型如下圖所示，本案例對水流沖刷沙灘過程的氣固液三相流進行數值模擬，區域總長度2000mm，總高度為500mm，下半部分為一個傾斜的沙子區域，水流從左上角100mm高的進口流入，進去區域沖刷沙子，然后從右側500mm高的出口流出。
通過模擬，可以清楚地看到水流對沙灘的沖刷過程，以及氣固液三相的分布情況。
視頻教程播放地址：http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c10308
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爆炸成型彈丸成型過程中的斷裂數值模擬
為研究爆炸成型彈丸(EFP) 軸向斷裂機理，采用有限元分析軟件LS-DYNA，引入Johnson-Cook 失效模型及自適應算法，對典型EFP 裝藥結構不同外曲率球缺形藥型罩OFHC 銅EFP 成型過程中的斷裂進行數值模擬，并
通過實驗進行驗證。
研究成果發表在兵工學報中，詳細見：
丁力, 蔣建偉, 門建兵, et al. 爆炸成型彈丸成型過程中的斷裂數值模擬及機理分析[J]. 兵工學報, 2017(03):4-10.
同時在 "2018年爆炸力學會議" 進行了專題匯報。詳細見：
丁力(*), 張先鋒, 蔣建偉. 鉭爆炸成型彈丸成型過程中斷裂機理分析[C]. 第十二屆全國爆炸力學學術會議縮編文集, 桐鄉, 2018:25.
爆炸成型彈丸成型過程中的斷裂數值模擬及機理分析.pdf
d3plot_007.mov
展開 金屬塑性加工過程無網格數值模擬方法
金屬塑性加工過程無網格數值模擬方法
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金屬塑性加工過程無網格數值模擬方法.part1.rar
金屬塑性加工過程無網格數值模擬方法.part2.rar
金屬塑性加工過程無網格數值模擬方法.part3.rar
基于ABAQUS蠕變儲層稠油蒸汽吞吐開發過程數值模擬
油氣儲層生產周期長，大量研究結果表明儲層具有一定的蠕變特性，同時，對于蒸汽吞吐開發的稠油井，儲層溫度反復變化導致其蠕變特性更加顯著，因此本文將基于ABAQUS有限元軟件對考慮了蠕變的稠油儲層蒸汽吞吐開發過程進行數值模擬。
幾何模型與網格劃分
幾何模型
該模擬簡化油井和周圍地層為軸對稱模型，如圖1所示，產層深度為335米至732米，該垂直井深度為1463米。
圖1 地層幾何模型
網格劃分
整個地層劃分為11個不同的層位，其中具有孔隙壓力的軸對稱縮減積分單元CAX8RP用于模擬井附近的巖層，當使用二階單元時，一般采用縮減積分，因為它通常提供更準確的結果并且比完全積分具有更小的計算成本；遠場區域則使用軸對稱無限單元CINAX5R建模，以提供橫向剛度。網格劃分后的有限元模型如圖2所示。
圖2 地層有限元模型
模擬參數
地表土層與泥巖層
對地表土層S1、T1與深部泥巖層U1和L1使用Drucker-Prager塑性模型建模，其彈性和非彈性材料屬性均列于表1中。
展開 基于MSC.Marc的中厚板拉深成型過程的數值模擬
傳統的板材沖壓工藝要經過反復沖壓試驗、修改模具等復雜過程。其周期較長、成本大，已經不適合當今社會小批量、快速、低成本的生產模式。板材成形過程是多重非線性的復雜變形過程，采用有限元法模擬板材成形過程可以減少試模時間，縮短產品開發周期，降低產品的開發費用。目前，板材成形的數值模擬方法已經受到廣泛的重視，并且正在逐步實現實際生產中的模具設計、沖壓過程模擬、缺陷的預防及分析等。對于薄板類沖壓成形過程的數值模擬已進行了較多的研究，而對中厚板成形過程的數值模擬研究進行的較少。由于厚度較厚，有異于其它的薄板成形，目前針對中厚板的有限元分析技術不夠成熟，未見完整的理論研究報告，因此有必要對其進行深入研究。本文基于Von-Mises屈服理論，采用MSC.Marc有限元分析軟件對某汽車離合器的沖壓成型過程進行了模擬，驗證了該有限元模型分析中厚板成型的可靠性和可行性。
2 Von-Mises屈服準則
因中厚度板料厚度較厚，有異于其它的薄板成形，不能輕易的應用一般的薄板料屈服模型，因此采用合適彈塑性材料模型非常重要。Mises于1913年提出一屈服準則：當點應力狀態的等效應力達到某一與應力狀態無關的定值時，材料就屈服。或者說材料處于塑性狀態時，等效應力始終是一不變的定值。目前Von-Mises屈服準則被有限元軟件中廣泛采用。大量試驗證明，對于絕大多數金屬材料，Von-Mises屈服準則接近實驗數據。
Von-Mises屈服準則的屈服方程為：
其中：
σ為等效應力；
σ1、σ2、σ3分別為第一、第二、第三主應力；
C為一常數。
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