ansys微觀組織模擬
關注創建者：王靖雯 創建時間：2023-03-07
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為了研究精沖鋼不同微觀組織對精密沖裁工藝的適應性，分別建立基于材料組織的微觀代表性體積單元（RVE）模型和基于子模型法的RVE——宏觀有限元耦合多尺度模型，研究了球化退火后材料基體中滲碳體顆粒不同直徑、體積分數以及碳化物帶分布特征對拉伸、剪切力學性能和精沖性能的影響。
精密沖裁工藝是在很小的凸凹模間隙下，利用精沖凸凹模、反頂凸模及V形齒圈的共同作用使沖裁變形區處于較高的三向壓應力狀態，材料延遲斷裂的時間顯著延長，進而獲得高質量沖裁斷面。與傳統板料沖裁方法相比，精沖工藝條件更為嚴苛，對所用板材的要求也更高。目前，最常用的精沖材料是精沖用低碳鋼板，通常經歷熱軋、冷軋、退火處理等工序得到。
代表性體積單元（RVE)常被用于模擬研究具有多相微觀組織的材料性能，如材料的流動應力曲線、損傷和斷裂特性等力學性能。將RVE模型作為子模型，并結合宏觀有限元模擬得到的某單元位移場變化，構建宏觀—微觀模型，可實現對復雜成形工藝關鍵位置處不同微觀組織變形行為的模擬。
本文通過數值模擬研究了精沖鋼不同的微觀組織對其力學性能和精沖性能的影響。首先，針對球化退火后的滲碳體顆粒直徑、體積分數、分布狀態以及未退火的珠光體組織，分別建立了不同的RVE模型；其次，對不同微觀組織模型施加拉伸、剪切邊界條件進行數值模擬研究；再次，基于子模型法，在精沖試驗宏觀有限元模型中提取剪切變形區中心位置單元的位移歷史作為RVE模型的邊界條件，構建宏觀—微觀模型以探究不同微觀組織對精沖性能的影響；最后，通過對比分析模擬所得的子模型單元失效情況與實際精沖試樣的掃描電鏡（SEM)觀察結果，驗證模擬的準確性。
精沖鋼的微觀組織
精沖工藝相同時，精沖材料的性能很大程度上決定了精沖質量。如前所述，精沖用低碳鋼板因原材料、軋制工藝、退火工藝等的差異，導致材料的微觀組織及性能也會存在差異。
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切換至結構分析軟件ANSYS，并匯入網格檔。可由材料模型與材料數目確認是否成功匯入考慮纖維造成非等向性的材料性質。施以位移與固定的邊界條件后，求解Von Mises Stress。
本文原刊登于Ansys.com：《Ansys and Schr?dinger Partner to Enable Multiscale Simulation》
作者：Adarsh Chaurasia | Ansys高級應用工程師
編輯整理：鄭偉巍 | Ansys高級應用工程師
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