金属塑性成形过程模拟.docx

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金属塑性成形过程模拟

金属塑性成形过程模拟

材型10-3班

畅波

20100865

一、模拟题目

采用ANSYS对圆柱形紫铜管进行挤压分析。

如下图示，图1为圆柱形紫铜管坯料尺寸；图2为凸模压头尺寸；图3为凹模尺寸。

规定坯料材料选用紫铜，凸模压头及凹模材料为Cr12MoV，下压量ΔH=30mm，摩擦系数μ=0.15。

题目分析：

紫铜管在挤压过程中会发生塑性变形，因此其模拟属于大变形问题。

接触类型属于非线性接触。

由于模具与工件均为对称件，因此在模拟过程中建立1/4三维模型，不仅可以观察工件外部变形情况，同时易于观察内部变形情况。

由于ANSYS中不存在单位，为了数据统一，因此所有参数采用国际统一单位。

图一图二

图三

二、材料分析

通过查阅相关材料手册，信息如下：

紫铜

密度：

ρ=8.9×103㎏/m3；

弹性模量：

E=120×109Pa；

泊松比：

μ=0.33；

屈服极限σ=75×106Pa；

Cr12MoV

密度：

ρ=7.854×103㎏/m3；

弹性模量：

E=220×109Pa；

泊松比：

μ=0.28；

屈服极限σ=750×106Pa；

三、操作过程

简要概述：

1.建立有限元模型

可以通过Pro/E或者UG软件建立模型，导入ANSYS中；或者直接在ANSYS软件中建立模型。

本次模拟选择ANSYS直接建立模型。

创建凹模平面。

首先，以凸、凹模及坯料平面中轴线和凹模底端为坐标轴建立坐标系，根据题目所给尺寸计算关键点坐标并作图；然后，根据关键点坐标连线，连线时要注意线的方向要一致，否则在创建角度线的时候会出现错误（多次错误后总结）。

最后，删除多余线，生成线倒角并旋转凹模生成面，完成凹模的平面的创建。

创建坯料平面。

创建坯料模型时使用的是角端点坐标建立，角端点建立需要输入坯料左下角的横坐标、纵坐标，坯料的宽度和高度。

创建凸模平面。

同样采用角端点坐标建立的方法，由于凸模上下表面积不同，故把凸模分成上下两部分分部建立。

完成凹模、坯料、凸模平面的建立后，由于模具与工件均为对称件，因此在模拟过程中建立1/4三维模型，所以旋转90°。

模型创建完成。

2.选择单元类型（3种单元类型）

Solid8node185；Contact—3Dtarget170（刚性面）；

Contact—8ndsurf174（柔性面）；

3.设置实常数

4.定义材料参数

5.划分网格

多次尝试给定网格大小划分网格不成功，所以选取自由划分形式，为避免错误，划分时，对各部分单独进行划分。

6.赋予接触面类型

选用meshtool中的elementattribute将2种接触单元分别附给模具、工件；

7.定义接触对

需要创建三组接触对，分别为凸模两部分之间表面接触，凸模与工件上表面接触；凹模与工件后表面接触。

8.施加约束与载荷（位移）

1）凹模下表面全部固定；

2）模具与工件对称面全部施加对称约束；

3）凸模下表面施加向下的位移约束；

9.求解运算

10.结果分析，动画演示

详细过程：

第一步：

更改工作名和工作标题

1）选择UtilityMenu/File/ChangeJobname命令，弹出【ChangeJobnanme】对话框，在Enternewjobname中输入新工作文件名changbo，单击OK按钮，关闭对话框。

2）选择UtilityMeum/File/ChangeTitle命令，出现【ChangeTitle】对话框，输入新标题cb，单击OK按钮，关闭对话框。

第二步：

建立模型

1）选择Preprocessor/Modeling/Creat/Keypoints/InActiveCs命令，出现【CreatKeypointsinActiveCoordinateSystem】对话框。

在弹出的对话框中依次输入1（0.015,0,0）、2（0.055,0,0）、3（0.055,0.122,0）、4（0.0205，0.122,0）、5（0.0205,0.047,0）、6（0.015,0.047,0），点击OK按钮，关闭该对话框，结果如图4所示。

图4创建关键点

2）选择Preprocessor/Modeling/Creat/Lines/StraightLine命令，弹出【CreatStraightLine】对话框。

依次拾取点1和2、点2和3，点3和4、点4和5、点1和6，单击OK按钮，关闭该对话框，结果如图5所示。

图5连接关键点

3）选择UtilityMenu/PlotCtrls/Numbering命令，在弹出的【PlotNumberingControls】对话框中将Linesnumbers和Keypointnumbers改为on，其余默认。

选择UtilityMenu/Plot/Lines命令，使当前窗口显示线。

4）选择Preprocessor/Modeling/Creat/Lines/Atangletoline命令，弹出【Straightlineatangletoline】对话框，选择5号线，单击OK；然后选择5号点，单击OK；在Angleindegrees中输入30，结果如图6所示。

图6创建角度线

5）选择Preprocessor/Modeling/Delete/LinesOnly命令，弹出【DeleteLinesOnly】对话框，选择6号线，单击OK；选择Preprocessor/Modeling/Delete/Keypoints命令，弹出【DeleteKeypoints】对话框，选择6号点，单击OK，结果如图7所示。

图7删除多余线

6）选择Preprocessor/Modeling/Creat/Lines/LineFillet命令，弹出【LineFillet】对话框，选择4号线7号线，弹出【LineFillet】对话框，选择4号线和7号线，单击Apply按钮，在Filletradius中输入0.002，单击OK按钮；选择5号线和7号线，单击OK按钮，结果如图8所示。

图8生成线倒角

7）选择Preprocessor/Modeling/Creat/Areas/Arbitrary/ByLines命令，弹出【CreatAreasbyLines】对话框，选择屏幕中所有的线，单击OK按钮，完成凹模旋转面创建，结果如图9所示。

图9创建凹模旋转面

8）选择Preprocessor/Modeling/Creat/Areas/Rectangle/By2Corners命令，弹出【RectangleBy2Corners】对话框。

在WPX输入0.0185，WPY输入0.047，Width输入0.002，Height输入0.06，单击Apply按钮；在WPX输入0，WPY输入0.107，Width输入0.0205，Height输入0.08；在WPX输入0，WPY输入0.187，Width输入0.05，Height输入0.015，结果如图10所示。

图10生成工件、凸凹模旋转面

9）选择Preprocessor/Modeling/Creat/Keypoints/InActiveCs命令，弹出【CreatKeypointsinActiveCoordinateSystem】对话框。

在弹出的对话框中依次输入100（0,0,0）、101（0,0.21,0），完成中心旋转点的建立。

10）选择Preprocessor/Modeling/Operrate/Extrude/Areas/AboutAxis命令，弹出【SweepAreasAxis】对话框。

单击PickAll按钮，在弹出对话框中拾取点100和点101，单击OK按钮，在Arclengthindegrees中输入90，完成模型建立，如图11所示。

图11生成模型

第三步：

定义单元类型

1）选择Preprocessor/ElementType/Add/Edit/Delete命令，弹出【ElementTypes】对话框。

2）单击Add按钮，出现【LibraryofElementTypes】对话框。

在LibraryofElementTypes的第一个列表中选择StructuralSoild，在第二个列表框中选择Brick8node185，单击Apply按钮。

3）重新在LibraryofElementTypes第一个列表中选择Contact,在第二个列表框中选择3Dtarget170,单击Apply按钮。

4）重新在LibraryofElementTypes第一个列表框中选择Contact,在第二个列表框中选择8ndsurf174,单击OK按钮，关闭对话框，如图12所示。

图12定义单元类型

第四步：

定义实常数

1）选择Preprocessor/RealConstants/Add/Edit/Delete命令,弹出【RealConstants】对话框，单击Add按钮，在Type2TARGE170下点OK，在弹出对话框中点击OK；在Set1下单击Add按钮,选择Tpye3CONTA174,点击OK按钮,在RealConstantSetNo.中输入1，单击OK按钮。

2）按照同样的方式定义另一组实常数，选择编号2，如图13所示。

图13定义实常数

第五步：

定义材料性能参数

1）选择Preprocessor/MaterialProps/MaterialModels命令，弹出【DefineMaterialModelBehavior】对话框。

2）在MaterialModelsAvailable一栏中双击Structural选项中的Linear选项，接着双击Elastic选项，最后双击Isotropic选项，弹出【LinearIsotropicPropertiesforMaterialNumber1】对话框。

在EX文本框中输入材料弹性模量120e9，在PRXY文本框中输入材料泊松比0.33，单击OK按钮,关闭该对话框。

3）在MaterialModelsAvailable一栏中双击Structural选项中的Nonlinear选项，接着双击Inelastic选项，再双击RateIndependent选项，然后双击IsotropicHardeningPlasticity选项，接着双击MisesePlasticity选项，最后双击Bilinear选项，弹出【BilinearIsotropicHardeningforMaterialNumber1】对话框，在YieldStss文本框中输入屈服极限75e6，单击OK按钮，关闭对话框。

4）双击Structural选项中的Density选项，弹出【DensityforMaterialNumber1】对话框，在DENS中输入密度8900，单击OK按钮,关闭该对话框。

5）双击Structural选项中的FrictionCoefficient选项，弹出【FrictionCoefficientforMaterialNumber1】对话框，在MU中输入摩擦因数0.15，单击OK按钮,关闭该对话框。

6）单击Material中的Newmodel，定义第二组材料性能参数。

7）在MaterialModelsAvailable一栏中双击Structural选项中的Linear选项，接着双击Elastic选项，最后双击Isotropic选项，弹出【LinearIsotropicPropertiesforMaterialNumber2】对