吴聊SP 发表于 2013-1-17 16:42:12

【原创】金属丝拉拔成型的两种方法——热力耦合

本帖最后由 吴聊SP 于 2013-2-5 18:21 编辑

题记：继【原创】金属丝拉拔成型的两种方法——ALE与欧拉边界应用之后，就一直瞎忙，现在把剩下的算例放出来让大家拍砖。因为论文方向不是这个方向，所以模型中的材料参数会有理解不到的，还请专家大神指点迷津！

问题描述                                                                                                                        

金属丝成型的过程，可以简化为二维轴对称的模型进行计算分析（保证丝和模具的几何形状以及受力的形式均为轴对称的前提下），这可以大幅降低计算规模，提高计算效率。同时，金属丝成型过程中，无可避免的会出现摩擦生热以及塑性变形产生热量的现象，那么只有应力应变分析还略显不够，在这次的帖子中，我将为大家带来含有温度自由度的两种方法的对比分析，还是那句话，有错误请拍砖！

有限元模型                                                                                                                  

Case 1: 拉格朗日边界的模型

模型的建立是很简单的，如图所示，左侧较长的模型为金属丝的模型，右侧的小块体模型为模具，之所以把模具的形状建立出来而不采用解析/离散刚体来建模，这个原因后面我会解释，由于Case 1采用的拉格朗日边界，为了达到稳定的结果，需要为金属丝建立足够长的几何形状，这样在金属丝的下端给定一个速度，则金属丝会在模具的限制下，产生塑性变形。

http://forum.simwe.com/data/attachment/forum/201208/23/1743162wmzuva5f8abaa26.png

Case 2: 欧拉边界的模型

Case 2中金属丝的上下表面采用的是欧拉边界，解释一下“欧拉边界”（这个是我理解的，不对的话还请指正），其实这里我用到的关键字是REGION TYPE=EULERIAN，准确的说是将原先的朗格朗日边界的类型人工的设定为欧拉类型，这样的话金属丝就不用建立很长的几何尺寸，一定程度上避免了有限元模型尺寸的过大，因为在给定下端速度的欧拉边界后，金属的材料会从丝的进口端(Inflow)源源不断地“流入”，又从出口端(Outflow)源源不断地“流出”，但为了消除圣维南原理中的局部效应，金属丝的上下端均与成型区保持有足够的距离。

http://forum.simwe.com/data/attachment/forum/201208/23/174316kzo6yx64ouiqz6n6.png

材料属性                                                                                             

为了有对比性，两个Case的材料属性均一致，其中：金属丝的弹性模量为38 GPa，塑性部分采用双线性强化本构模型，屈服条件为各向同性，初始屈服应力为27 MPa，塑性应变到达50%时，屈服应力为32.5 MPa，泊松比为0.33，密度是2672 kg/m^3。这次算例中由于考虑了热的影响，所以材料属性中引入了相关的参数，其中：热传导系率为40 mW/mm℃，考虑各向同性，比热容为3^8 mJ/t℃。


边界条件                                                                                             

详细的边界条件在前一个帖子已经详细说明了，这次只说新增的内容。

Case 1：由于两中材料之前存在热传导，所以接触边界中设置了热传导参数，如图所示：



Case 2：热边界条件与Case 1相同，其他边界略有不同，详情参见【原创】金属丝拉拔成型的两种方法——ALE与欧拉边界应用。

建模要点                                                                                                

1）需要着重注意的是，单位条件一定要统一，尤其是加入热材料参数，这将严重影响结果的准确性。

2）金属丝的本构关系和屈服条件的选择非常重要，这将直接决定计算后的结果。

3）切记分析步要选择热-位移耦合的分析步，即：Dynamic, Temp-disp, Explicit

网格划分                                                                                                

网格分布保持和前一个帖子一致，不过网格的类型要选择带有温度自由度的单元，即：CAX4RT单元。

结果对比                                                                                                

对比了两种方法的Von mises等效应力云图，PEEQ云图以及N11云图，如图所示：
                              Case 1                                                                Case 2






温度的结果略有差别，Case 1中的模具温度为3.58度，而Case 2中的模具的温度为2.12度。金属丝的温度分布相差不大，原因可能是计算时间较短，计算时间延长后应该温度会平衡下来。

给出两者的动画对比。

                                                Case 1                                                                                                               Case 2



我的疑问                                                                                                

在上次的帖子中，我提出了一个疑问，很遗憾，没有人回答我，不过我倒是发现点线索，我记得在翻看Documentation的时候，上面有说ALE的Domain如果和刚体一同计算的话，不能采用并行计算，理论原理我暂时不懂，这姑且算是解释了我的疑问吧。

仔细想想...如果能解决这个问题的话，还真不错！

计算的inp文件以及cae等，采用的是6.12版本制作（略收取点辛苦费）




天下一屋 发表于 2013-2-5 16:41:20

能否给个input文件！6.12版本太高了 我6.8打不开！另外 问下楼主 6.12哪里可以下载或者买到？

吴聊SP 发表于 2013-2-5 18:20:26

天下一屋 发表于 2013-2-5 16:41 static/image/common/back.gif
能否给个input文件！6.12版本太高了 我6.8打不开！另外 问下楼主 6.12哪里可以下载或者买到？ ...

哦，忘记了，上次是有inp文件的，已经附上，请查收

天下一屋 发表于 2013-2-5 18:30:47

收到，谢谢， 我刚去上次论坛下载下来，初始环境温度场没有定义，应该是室温下吧！另外拉丝过程中温升只有3.58度，是否符合实际？向高手请教

天下一屋 发表于 2013-2-5 18:35:42

吴聊SP 发表于 2013-2-5 18:20 static/image/common/back.gif
哦，忘记了，上次是有inp文件的，已经附上，请查收

收到谢谢，“由于两中材料之前存在热传导，所以接触边界中设置了热传导参数”这个参数的设置有什么依据吗？初始环境温度场没有定义，应该是室温下吧！另外拉丝过程中温升只有3.58度，是否符合实际？希望高手不吝赐教

吴聊SP 发表于 2013-2-7 22:16:00

天下一屋 发表于 2013-2-5 18:35 static/image/common/back.gif
收到谢谢，“由于两中材料之前存在热传导，所以接触边界中设置了热传导参数”这个参数的设置有什么依据吗 ...

热传导系数参考的是铝的参数，稍微有所改动，结果不具有实际意义，只是一个算例而已，相关的参数已经是经过变动的了，请谅解

天下一屋 发表于 2013-2-14 18:41:35

吴聊SP 发表于 2013-2-7 22:16 static/image/common/back.gif
热传导系数参考的是铝的参数，稍微有所改动，结果不具有实际意义，只是一个算例而已，相关的参数已经是经 ...

:handshake谢谢，大过年的 还打扰您 不好意思！非常感谢

bob1004 发表于 2013-4-14 18:20:22

学习一下，谢谢楼主！！

学弟 发表于 2013-7-16 17:57:14

学习一下谢谢

blbluesky 发表于 2014-6-9 22:46:07

嗯 正在想学习热力耦合 这是个好例子

maoiris1225 发表于 2014-6-15 18:30:09

新手，正在做钢丝拉拔的问题，可以发个实例到邮箱吗，万分感谢。137945827@qq.com~

吴聊SP 发表于 2014-6-16 19:10:11

maoiris1225 发表于 2014-6-15 18:30
新手，正在做钢丝拉拔的问题，可以发个实例到邮箱吗，万分感谢。~

帖子里就有啊

伤心的小夜 发表于 2014-10-4 20:56:55

这个得好好学习

maoiris1225 发表于 2014-10-22 16:22:40

你好，请问你知道怎么实现多道次钢丝拉拔的模型建立吗

todaysun 发表于 2014-11-28 16:12:45

新手 金币不够啊 谢谢

382022190 发表于 2014-12-5 16:20:59

谢谢分享这么好的东西

murmurcui 发表于 2016-5-7 16:54:49

谢谢楼主~

1439530552 发表于 2016-5-11 15:18:26

学习一下

逆天英才 发表于 2016-5-13 16:33:30

我想问下这个本构方程要是换成JC本构行不行，对结果影响大不大？:lol:lol:lol

ccczzzh 发表于 2016-5-19 21:03:34

好东西 分享
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