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1、上机实验报告问题一、模具加热过程温度场的有限元模拟一、问题描述有一很长的方形模具，其截面结构见问题一图，外部尺寸为300x300 mm,内部为50x50 mm，现需进行加热奥氏体化。模具初始为室温25C，装入炉温为1000C空气加热炉加热， 假定外表面与炉气换热系数为250W/m2K，内表面与炉气换热系数为80W/m2K，模具材料密 度为7800 kg/m3，导热系数为35 W/m-K，比热为460 J/kgK。试计算该模具内温度场，升温 最快点和最慢点的加热曲线。(各类参数可以自己改变，以研究其对结果的影响)! 300问题一图二、模型描述因模具对X轴、y轴对称，只取右上部简化问题。 简化后，
2、模型拥有2个4节点的四边形单元，手动添加节点(0.025,0,0)，(0.15,0,0)(0,0.025,0)，(0.025,0.025,0)，(0.15,0.025,0)，(0,0.15,0)，(0.15,0.15,0)。 细分单元时，每个小单元为0.005X0.005的正方形。最后清除重复节点，检查单元法线方向，重新编号。三、材料参数材料参数使用题目给出的数据，材料参数的分析类型为thermal，材料类型为standard, 输入的热力学参数：K=35 W/m-K，比热为460 J/kg-K，模具材料密度为7800 kg/m3，如图。四、初始条件模具初始温度为25C。初始条件initial
3、 conditions选择thermal类型当中的temperature，输入初始条件 temperature=25。将初始条件赋予所有存在的节点。五、边界条件环境温度为1000C，外表面与炉气换热系数为250 W/m2K，内表面与炉气换热系数为80 W/m2-K0边界条件 1：输入环境温度ambient temperature=1000,换热系数 film coefficient=250。 将边界条件1赋予模具外边界，如图。边界条件 2：输入环境温度 ambient temperature=1000,换热系数 film coefficient=80。 将边界条件2赋予模具内边界，如图。六、计
4、算设定设 置 最 大 增 量 步 数 max # increments in job=1000000 ， 最 大 迭 代 次 数 max # recycles=20，。设置收敛准则，输入 max error in temperature estimate=0.5，max temperature change before reassembly=0.5。输入工况分析时间 total loadcase time=1000000。设置最大增量步数 max # increments=1000000,初始时间步长 initial time step=0.01, 将任务结束条件换成finish when
5、exceed,输入任务结束温度finish temperature二840, 输入允许的最大温度改变max tempera ture change allowed=2。新建类型为thermal的任务，激活载荷工况lcasel，激活所有边界条件及初始条件。 分析维度analysis dimension设置为axisymmetrie,激活热容矩阵分析选项 lumped capacity。设置 analysis dimension 为 axisymmetrie, 并选择 solid 中 quad 下的 40, 将 单元类型设置为轴对称4节点四边形全积分单元。对所有单元施加此单元类型。检查任务设置有无
6、警告及错误。确认没有警告及错误提示 后提交任务,等待计算完成。七、结果分析打开结果文件,激活 contour bands 查看温度云图,得到最终结果温度云图如图所示。通过pathplot可知升温最快点为右上角的顶点，升温最慢点为模具内中部处。对对角线方向若干个点，作 path plot 可得。通过 history plot 可得 7 号节点， 4 号节点及66号节点的加热曲线。Hsda HzdtT1U ElQUDTaapaaliurBi (xLQQ)-问题二 、有孔平板拉伸平面应力问题的有限元模拟一、问题描述一个带圆孔平板如问题二图所示。平板为方形，边长30mm，内孔半径2.5mm。两侧受均布
7、拉伸载荷P = 20 N/mn。平板材料性能参数包括：泊松比0.3，弹性模量200GPa。试分析二、模型描述因模型对x轴、y轴对称，取右上部简化问题。简化后手动添加节点（ 15,0,0），（15,15,0），（0,15,0）。将此三节点通过添加多折线 polyline连接。以原点（0,0,0,）为中心点，（2.5, 0,0）为起点，通过arc_cpa作一条90 的圆弧。再将直纹面转换为单元。设置division为20 20,设置bias factors为0 -0.4，将直 纹面转化为小单元。图为最终结果。三、材料参数材料参数的分析类型为structural,材料类型为standard,在str
8、uctural中输入材料 属性：弹性模量 Young s modulus=2e5 MPa，泊松比 poisson s ratio=0.3，如图。将上述材料参数赋予至所有单元中。四、初始条件无初始条件。五、边界条件边界条件受均布拉伸载荷 p = 20 N/mm。边界条件1：输入pressure=-20,如图。EtGE IDADbETBOD* EUTEPEEi 7A1DESUSER SUB . FCiK：EM5irPEEEPLi5TICITJf COHTESOL二D 亏HELI ELEtffliTSDjAD hodet FC-JKEOfflT iREii FESE55UHE-ZQ丁ABIEPiHE
9、A.R WADI1CAD ACTriTE TO O3tJTACTCLEAP将边界条件 1 赋予右边界,如图。边界条件2：新建边界条件2,输入displacement x=0,如图。FIXED DISPLACEHEKTKETROD miERILi VALUESUSER EJIB FTiR-pTREFTFJEHCT P05ITT0K4 pj-iirictl AI iiiriViTICW -jf QLFOSrriW AT STARTCf analyses DlGPLiiHlWT XDCSPLACEHmrTDlSPLiiHHIT 2ROTATJOff KRirTATluK VEurATldif Z匚
10、LEAFTJlEjLE将边界条件2 赋予左边界，如图。边界条件3：新建边界条件3,输入displacement y=0。将边界条件3赋予下边界的点 上。六、计算设定在任务jobs当中新建类型为st ruc tural的任务，在proper ties的ini tial loads中 激活三个边界条件。在 job results 的 available element tensors 中激活 stress 和 total strain， available elemen t scalars 中激活 mean normal str ess，添加结果变量。将 analysis dimension 改为
11、 plane str ess。在 elements types 当中设置单元类型，把 analysis dimension 改为 planar， 在 solid 当中选择quad下的3,将单元类型设置为平面应力4节点四边形全积分单元。将单元类型通过exist赋予所有存在的单元。点击check检查任务设置有无警告及错误, 点击 renumber all 进行重新编号。确认无警告及错误提示后提交任务，等待计算完成。七、结果分析打开结果文件，激活 contour bands 查看云图，得到的结果如图，云图中显示的为 x 方向上的变形量。1.72E-=-OOS11. 3S(i=-0iJ31. ZO&e
12、-DOH1. osE-aoaE t2tfiDO4E. 17=-QO43 4EIla-DCi4?. 40151： DJirw 0 0iie.+0i0分别改变 scalar 为 Mean Normal Stress 和 Displacement,分别得到图。_L)3XpLfe=BaBI,L :2 2岡-4汕1.11+411L bLH3l：L1 J47a+!l L1Cotap 3 ol Rt&L 8kL”hLJi 04)d0Inan HoxmJ EtxnaiG:*i 扯:i TcySL Wuefi Ic34旳 M-DCH怡 Dv-iKhjjnbLPnxjzivl Tut.) 9x*anBxijLEi
13、jnl ToLc Bxds口 leusTata女逊汕J*!*jjfdjMl ToLaJ SLxaan Eiti-bnl TtalI rTSMxTESrSGSaSEIE-.T P3E：r 9 AliRCE4p”nt 2t73X通过 path plot 可查看下方底边所有点的主应力曲线,得到。八、讨论（体会，建议，感想）通过本次实验，我学到了很多关于有限元方法的具体操作步骤，并能在了解其原理的同 时尝试解决一些有关温度或应力场的问题。上机实验里学到的东西十分有效，在方便的解决 问题的基础上，通过软件的模拟，了解材料在实验过程中的变化过程。我建议是否能适当增加上机实验内容。我们这次的上机实验对于 Marc Mentat 的学习仅 属于了解的范畴，无法深入应用。并且是否能延长实验时间，让老师能更深入地讲解 Marc Mentat 的运用，了解其每个步骤的原理，为我们以后自主运用该软件打下基础。最后感谢老师在课程中对我的教导与帮助，感谢材料学院为我们设置了这一课程，令我 们学到了更多的知识。
