文档介绍：

金属成型过程数值模拟

上机实验报告

(指导教师:李胜祗老师)

姓名:金杰灵

学号:109024445

班级:型102

上机实验时间:6月13日

金属成型过程数值模拟

上机实验报告

专业:材料成型与控制工程班级:型102

姓名:金杰灵学号:109024445

指导教师:李胜祗、沈晓辉、万锋、邓世峰、汪甜甜、吕丹丹、白丽杨等实验名称:中厚板二辊粗轧第一道轧制过程数值模拟仿真

上机实验时间: 第一次 2013年6月11日8:00 ~11 :30

第二次 2013年6月13日14 :30 ~18 :00

第三次 2013年6月14日19 :00 ~ 22 :00

报告完成日期: 2013 年 6 月 15 日

上机实验地点:材料科学与工程学院计算机仿真实验室

金属塑性成型数值模拟系统:硬件配置 DELL 3.0G CPU/2.0G RAM

软件系统 MSC. e 3.1

一、实验原理

1.金属成型过程有限元分析的基本思想

基本原理是将求解未知场变量的连续介质体划分为有限单元,单元由节点连接,每个单元内用差值函数表示场变量,差值函数由节点的对应数值确定,单元之间的作用由节点传递,建立物理方程。将全部单元的差值函数集合成整体场变量的方程组,进行数值计算。

计算步骤

(1)连续介质的离散化

(2)选择差值函数

(3)进行单元分析

(4)集合成系统方程组

(5)求解方程组

(6)进行参数计算

2.MSC.e 功能简介

MSC.e是采用90年代最先进有限元网格和求解技术,快速模拟各种冷热锻造、挤压、轧制以及多步锻造等体成型过程的工艺制造专用软件。它综合了MSC.Marc/MENTAT通用分析软件求解器和前后处理器的精髓,以及全自动二维四边形网格和三维六面体网格自适应和重划分技术,实现对具有高度组合的非线性体成型过程的全自动数值模拟。其图形界面采用工艺工程师的常用术语,容易理解,便于运用。MSC.e提供了大量实用材料数据以供选用,用户也能够自行创建材料数据库备用。

MSC.e除了可完成全2D或全3D的成型分析外,还可自动将2D分析与3D分析无缝连接,大大提高对先2D后3D的多步加工过程的分析效率。利用MSC.e提供的结构分析功能,可对加工后的包含残余应力的工件进行进一步的结构分析,模拟加工产品在后续的运行过程中的性能,有助于改进产品加工工艺或其未来的运行环境。此外,作为体成型分析的专用软件,MSC.e为满足特殊用户的二次开发需求,提供了友好的用户开发环境。

MSC.e分析步骤

(1)前处理。

(2)分析。

(3)后处理。

二、实验条件和要求

1.上机题目

中厚板二辊粗轧第一道轧制过程数值模拟仿真

已知参数如下:

轧辊直径:840mm,辊身长度:2500mm,转速:80 rpm;

轧件入口厚度:180mm,宽度:1800mm,长度:1000mm;

轧制方式:纵轧,压下量:36mm(20%),

轧件材质:C22

开轧温度:1250℃(温度均匀)。

2. 要求

用有限元法对轧制过程进行3-D弹塑性力学分析,并给出以下结果:

(1)最终轧制状态图

(2)分析轧件最大宽展量(mm)并给出稳定轧制时的相对宽展量;

(3)评估稳定轧制时的单位压力p(MPa);

(4)打印轧制力随时间的变化图,并指出最大轧制压力Pmax(kN)。

三、实验过程

1、有限元分析模型的建立

e 3.1 SP1图标,进入分析系统的主菜单,然后选择三维力学分析。

用鼠标左键点击3-D ANALYSIS中按钮MECHANICAL即可。进行上述操作后即进入三维力学分析的主菜单。

在弹出的窗口中指定自己的工作目录。

1.1 模型的几何描述

首先要确定成型系统有几个接触体。根据题目的性质,变形具有对称性(上下左右均对称),可取轧件横截面的1/4进行分析。这样,本系统可简化为三个几何体,即轧件(1/4)、上轧辊和推头。

进入分析系统后,当前的整体坐标系为系统默认的坐标系。可在图形区中见到X、Y、Z的方向。选定轧制方向为Z方向,宽度方向为X方向,而铅垂方向为Y向。

轧制线

上轧辊

图1(b) 局部坐标系与轧辊在整体坐标系中的位置

(1) 轧辊的描述

轧辊是一个旋转体,即这类几何体要绕自身轴线旋转。在MARC(et)中规定:旋转轴一定是局部坐标系的轴。因此要完成对轧辊的定义,首先要进行局部坐标系的定义。局部坐标系由三点确定,即按如下顺序依次输入三个点的整体坐标值:

A. 局部坐标系原点在整体坐标系中的坐标;

B. 局部坐标轴上一点在整体坐标系中的坐标;

C. 局部坐标轴上一点在整体坐标系中的坐标。

一般情况下,可取。于是对本问题有如下三

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