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1、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H=30mm，摩擦系数=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
2、阅相关材料手册，信息如下：紫铜密度：=8.9103 /m3；弹性模量：E=120109 Pa；泊松比：=0.33；屈服极限=75106 Pa；Cr12MoV密度：=7.854103 /m3；弹性模量：E=220109 Pa；泊松比：=0.28；屈服极限=750106 Pa；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
3、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）Solid 8node 185；Contact3D target 170（刚性面）；Conta
4、ct8 nd surf 174（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element attribute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
5、1）选择Utility Menu/File/Change Jobname命令，弹出【Change Jobnanme】对话框，在Enter new jobname中输入新工作文件名changbo，单击OK按钮，关闭对话框。2）选择Utility Meum/File/Change Title命令，出现【Change Title】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/In Active Cs命令，出现【Creat Keypoints in Active Coordinate System】
6、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/Straight Line命令，弹出【Creat Straight Line】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Utility Menu/P
7、lotCtrls/Numbering命令，在弹出的【Plot Numbering Controls】 对话框中将Lines numbers和Keypoint numbers改为on，其余默认。选择Utility Menu/Plot/Lines命令，使当前窗口显示线。4）选择Preprocessor/Modeling/Creat/Lines/At angle to line命令，弹出【Straight line at angle to line】对话框，选择5号线，单击OK；然后选择5号点，单击OK；在Angle in degrees中输入30，结果如图6所示。图6 创建角度线5）选择Prepr
8、ocessor/Modeling/Delete/Lines Only命令，弹出【Delete Lines Only】对话框，选择6号线，单击OK；选择Preprocessor/Modeling/Delete/Keypoints命令，弹出【Delete Keypoints】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/Line Fillet命令，弹出【Line Fillet】对话框，选择4号线7号线，弹出【Line Fillet】对话框，选择4号线和7号线，单击Apply按钮，在Fillet radius
9、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/By Lines命令，弹出【Creat Areas by Lines】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/By 2 Corners命令，弹出【Rectangle By 2 Corners】对话框。在WPX输入0.0185，WPY输入0.047，Wi
10、dth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/In Active Cs命令，弹出【Creat Keypoints in Active Coordinate System】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
11、点的建立。10）选择Preprocessor/Modeling/Operrate/Extrude/Areas/About Axis命令，弹出【Sweep Areas Axis】对话框。单击Pick All按钮，在弹出对话框中拾取点100和点101，单击OK按钮，在Arc length in degrees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/Element Type/Add/Edit/Delete命令，弹出【Element Types】对话框。2） 单击Add按钮，出现【Library of Element Types】对
12、话框。在Library of Element Types的第一个列表中选择Structural Soild，在第二个列表框中选择Brick 8node 185，单击Apply按钮。3）重新在Library of Element Types第一个列表中选择Contact,在第二个列表框中选择3D target 170,单击Apply按钮。4）重新在Library of Element Types第一个列表框中选择Contact,在第二个列表框中选择8 nd surf 174,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/Real
13、Constants/Add/Edit/Delete命令,弹出【Real Constants】对话框，单击Add按钮，在Type 2 TARGE170下点OK，在弹出对话框中点击OK；在Set 1下单击Add按钮,选择Tpye 3 CONTA174,点击OK按钮,在Real Constant Set No.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/Material Props/Material Models命令，弹出【Define Material Model Behavior
14、】对话框。2）在Material Models Available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【Linear Isotropic Properties for Material Number 1】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Material Models Available一栏中双击Structural选项中的Nonlinear选项，接着双击Inelastic选项，再双击Rate Independent选项
15、，然后双击Isotropic Hardening Plasticity选项，接着双击Misese Plasticity选项，最后双击Bilinear选项，弹出【Bilinear Isotropic Hardening for Material Number 1】对话框，在Yield Stss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【Density for Material Number 1】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Friction Coefficient选项，弹出【Friction Coefficient for Material Number 1】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New model，定义第二组材料性能参数。7）在Material Models Available一栏中双击Structural选项中的Linear选项
