workbench拓扑优化教程_ANSYS经典案例在Workbench中实现 | 基于网格重划分的金属成型仿真分析...
在上两期的ANSYS经典案例在Workbench中实现的分享中,我们分享了ANSYS经典案例在Workbench中实现之汽车刹车盘制动噪音分析和密封圈仿真分析的案例(可以点击下滑线文字查看前期内容),本期则要为大家分享的是基于网格重划分的金属成型仿真分析。
案例背景
对复杂的金属成型问题采用有限元分析,可以提高产品质量,同时提高生产效率。但是,由于结构的大变形、金属的非线性以及非线性的接触,往往大幅度增加了仿真计算的难度,尤其是因为网格变形过大所导致的网格畸形,极易导致计算的失败。
网格重划分可以很好地解决由于网格畸形所导致的收敛困难。由于有了网格重划分,即使在计算过程中出现了网格地严重扭曲,程序也会对问题网格进行修复,从而保证计算顺利进行。
采用二维轴对称模型进行该案例地分析。弹性圆柱体为工件,刚性面为模具。其中,动模位于工件上端,以一个微小地速度向下挤压工件,最终,工件成为一个齿圈地形状。
图1 模型介绍
材料输入
工件地材料为AISI8620。杨氏弹性模量为200GPa;泊松比为0.3。
该材料可以近似看成是线弹性材料,且满足等向强化准则。此案例中,将使用幂强化准则(Power-hardening)。
其中为当前屈服强度;为初始屈服强度(此处为385.4MPa);G为剪切模量;N为幂系数(此处为0.13);为等效塑性应变。
接触设置
案例中采用无摩擦接触,增强拉格朗日算法,并且每次迭代都更新法向刚度。具体接触对地选择请参照下图:
图2 接触设置
边界条件
如下图所示,在左侧施加无摩擦约束(这里近似可以理解为对称约束);下端的几何(静模)固定,上端的几何(动模)向下移动135mm。整个工件添加Nonlinear Adaptive Region,表示该区域在计算过程中会进行网格重划分计算。
图3 边界条件
Nonlinear Adaptive Region是Workbench中网格重划分功能。该功能完全自动,无需用户在计算过程中进行操作。用户可以在计算前处理时定义网格重划分的准则,重划分的区域,甚至在计算的那些时间区域进行网格重划分。
对于该选项,Workbench中存在一些限制,需要用户了解:
1 该功能目前只能用于结构静力学分析;
2 计算需要打开大变形功能,并且在Output Control中将结果保存设置为All Time Points;
3不能与一些接触设置(如法向拉格朗日算法,MPC算法……)和边界设置(周期对称边界条件,运动副连接,弹簧连接,远场载荷……)同时使用,具体请参见帮助文档;
4 不能用于混凝土材料、铸铁材料、记忆合金材料以及部分断裂力学材料的计算,具体请参见帮助文档;
5 在二维仿真中,网格重划分仅能用于低阶单元,且三维仿真中,网格重划分仅支持四面体单元,不支持壳单元、梁单元和杆单元,且不支持自接触计算…
Nonlinear Adaptive Region的具体设置如下图所示
图4 网格重划分设置
求解设置如下图所示
图5 求解选项设置
结果分析
用户在查看收敛曲线时,可以阅读网格重划分的相关信息。下图橙色实线所对应的时间点,即为网格重划分的时刻。
图6 收敛曲线
此外,在阅读应力变形等结果时,最右侧的Changed Mesh一列也显示了网格重划分的相关信息。
图7 结果列表中的网格重划分信息
齿圈的成型过程如下组图所示:
T=0.0175s
T=0.245s
T=0.50457s
T=0.80234s
T=0.90094s
T=1s
图8 各时间点的工件变形
延伸阅读:
1、ANSYS经典案例在Workbench中实现 | 密封圈仿真
2、ANSYS经典案例在Workbench中实现 | 汽车刹车盘制动噪音分析
3、增材点阵结构在压力容器优化设计中的应用
4、【视频】ANSYS经典和Workbench联合仿真
5、点阵结构的参数优化在鞋中底设计中的应用
6、产品 l GENESIS结构轻量化及拓扑优化软件
7、仿真技术与增材制造驱动液压元件性能升级方法可行性浅述
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