找回密码
 注册
Simdroid-非首页
查看: 4025|回复: 100

[动态分析] 【原创】金属丝拉拔成型的两种方法——ALE与欧拉边界应用

[复制链接]
发表于 2012-8-24 16:04:09 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自 清华大学
本帖最后由 吴聊SP 于 2012-8-24 17:31 编辑

题记:最小弟近研究了一阵子金属丝成型的建模方法,本着与大家共同讨论的精神,将两种方法总结一下发表出来,纪念一下最近的学习内容,同时也向对我帮助超大的Simwe论坛致敬!如果内容有误或者理解有偏差,还请大家多多指教!

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。本次的分析分别采用了传统的拉格朗日边界模型和欧拉边界模型两种计算方式来进行对比分析,采用的计算模块均为ABAQUS/Explicit,理论上用Standard也是可以完成前者的计算的,但由于带有欧拉边界的模型只支持显式分析,所以就都采用显式进行对比,至于Standard的分析,还请有精力的坛友帮忙补完,可能的话,版主会加分的(我猜的...)。

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。



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。



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38GPa,初始屈服应力为27MPa,泊松比为0.33,密度是2672 kg/m^3.

边界条件                                                                           

Case 1:为模具施加了Rigid body约束,把模具强制为刚体,并给出刚体参考点,如图所示;



模具与金属丝之间建立Surface-Surface接触条件,并给定摩擦系数0.05,其中,法向的接触属性给定的是“硬接触(Hard Contact)”,如图所示:



为刚体参考点施加固支约束,如图所示:



为金属丝的下表面施加速度边界(Velocity),其中,速度施加的幅值曲线采用的是Smooth形式加载,以模拟准静态过程,如图所示:



Case 2:边界条件与Case 1基本相同,所不用的是Cace 2中,为金属丝的上下表面都设定了欧拉类型的边界,同时,为了防止网格畸变过大,必须在Step模块为金属丝设定ALE参数,详细的操作在下一节有描述。

建模要点                                                                           

“别人无法重复其结果”——这句话应该是讥讽的意味吧,所以本帖子中给出建模过程中的几个要点以及需要注意的地方,以方便读者重复。

1)Case 2中,在Step模块下,需要为金属丝的模型设定ALE参数,其中,频率需要设定为1(维持缺省设置也是可以的,不过用CAE提交Job时会报错,解决方法:采用Command提交即可),如图所示:




2)设定好ALE参数后,还要为金属丝的上下表面给定ALE自适应网格约束,目的是约束自适应的网格几何边界,避免计算过程中几何边界的突然“跳动”,如图所示:



3)为金属丝的上下表面建立Surface集合,如图所示:



4)Case 2中建模的重点在这步,由于拉格朗日边界和欧拉边界不可共存,所以需要手动修改之前设定的部分拉格朗日边界为欧拉边界,本算例共需修改3处,如图所示:



网格划分                                                                           

网格基本没有细致的操作,为了计算的效率,网格划分较粗糙,有心者可以划分更加的细致再计算,如图所示:

Case 1 :


Case 2:


结果对比                                                                           

对比了两种方法的Von mises等效应力云图和PEEQ云图,两者相差不是很大,如图所示:
                              Case 1                                                                      Case 2



给出两者的动画对比,由于附件大小限制,只能压制得比较小了,见谅啊。

                                 Case 1                                                                     Case 2



我的疑问                                                                           

在Case 2计算过程中,我曾经尝试过采用并行计算,可是总是提示有错误,原以为是边界的问题,最后我确定了只要采用多CPU计算就过出现这个错误,如下所示:

  1. ***ERROR: The requested number of domains cannot be created due to
  2. restrictions in domain decomposition. The following limitations may
  3. be helpful in understanding this behavior:

  4. 1. Contact pair requires that the surface nodes be in the same domain.
  5. In the case of kinematic contact, elements associated with
  6. the surface facets must also be in the same domain.
  7. 2. An adaptive mesh domain must be contained within a single
  8. parallel domain. Nodes on the boundary between an adaptive
  9. mesh domain and a nonadaptive domain must not be shared
  10. with other parallel domains.
  11. 3. All the nodes involved in a kinematic constraint must
  12. be in the same domain and must not be shared with other domains.
  13. 4. Nodes associated with beam elements whose center of mass
  14. does not coincide with the location of the beam node or which
  15. use the *BEAM ADDED INERTIA option must be within a single domain.
复制代码

如果是不采用多核计算,则不会出现这个问题,针对提示中的第二条,我也尝试过将模具也添加ALE参数,但错误提示还是这样。如果显式计算不支持并行的话,个人感觉有点失去显式计算这个问题的意义,还请大家指点迷津,谢谢!

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,哈哈)



次 回 予 告

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,在下次的帖子中,我将为大家带来含有温度自由度的上述两种方法的对比分析,敬请期待!

结果对比                                                                           

对比两者的温度分布情况,如图所示:

                             Case 1                                                                 Case 2

.........

本帖子中包含更多资源

您需要 登录 才可以下载或查看,没有账号?注册

×

评分

2

查看全部评分

发表于 2012-10-6 19:37:20 | 显示全部楼层 来自 河北秦皇岛
Simdroid开发平台
关于你的问题,其实是这么解释的
由于采用ALE自适应网格结构,所以就不能并行运算了!
回复 1 不支持 0

使用道具 举报

发表于 2012-8-24 16:39:04 | 显示全部楼层 来自 吉林长春
非常好的帖子
估计cel也能算出来
回复 不支持

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2012-8-24 16:47:52 | 显示全部楼层 来自 清华大学
本帖最后由 吴聊SP 于 2012-8-24 16:48 编辑
seawideyp 发表于 2012-8-24 16:39
非常好的帖子
估计cel也能算出来


CEL是可以算的,我尝试过,不过前处理操作的麻烦程度以及计算效率都不敢恭维啊。
回复 不支持

使用道具 举报

发表于 2012-8-24 17:00:59 | 显示全部楼层 来自 重庆
楼主讲的非常的详细啊 非常感谢 学了不少
回复 不支持

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2012-8-24 17:22:58 | 显示全部楼层 来自 清华大学
1tianxing1 发表于 2012-8-24 17:00
楼主讲的非常的详细啊 非常感谢 学了不少

不客气,要是能帮我解决那个不能并行计算的问题就更好了,望多给点建议
回复 不支持

使用道具 举报

发表于 2012-8-25 09:05:40 | 显示全部楼层 来自 广东深圳
好帖子,顶上
回复 不支持

使用道具 举报

发表于 2012-10-6 10:23:41 | 显示全部楼层 来自 河北秦皇岛
楼主这篇帖子很赞,很期待下次分析,
但是不知道楼主的热-力耦合的研究出来了没有,
6.12的欧拉法支持耦合热 吗!?
回复 不支持

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2012-10-6 10:44:21 | 显示全部楼层 来自 北京
一一沙尘暴一一 发表于 2012-10-6 10:23
楼主这篇帖子很赞,很期待下次分析,
但是不知道楼主的热-力耦合的研究出来了没有,
6.12的欧拉法支持耦合 ...

热力耦合的在次回予告中就有结果放出,只是目前没时间去整理,忙完这阵子的吧,6.12支持热耦合的
回复 不支持

使用道具 举报

发表于 2012-10-6 10:56:55 | 显示全部楼层 来自 河北秦皇岛
吴聊SP 发表于 2012-10-6 10:44
热力耦合的在次回予告中就有结果放出,只是目前没时间去整理,忙完这阵子的吧,6.12支持热耦合的 ...

呵呵。。我最近也想用欧拉法做点文章,6.11或以前的版本的支持热耦合吗!?
回复 不支持

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2012-10-7 09:07:24 | 显示全部楼层 来自 北京
本帖最后由 吴聊SP 于 2012-10-7 09:07 编辑
一一沙尘暴一一 发表于 2012-10-6 19:37
关于你的问题,其实是这么解释的
由于采用ALE自适应网格结构,所以就不能并行运算了! ...


谢谢回复,如果模具和金属丝都采用的是变形体建模,采用ALE技术,不用刚体约束的情况下,是可以并行计算的,这将与您说的矛盾,我目前百思不得其解。
回复 不支持

使用道具 举报

发表于 2012-10-7 09:40:41 | 显示全部楼层 来自 浙江宁波
谢谢楼主了
回复 不支持

使用道具 举报

发表于 2012-10-7 09:47:14 | 显示全部楼层 来自 河北秦皇岛
吴聊SP 发表于 2012-10-7 09:07
谢谢回复,如果模具和金属丝都采用的是变形体建模,采用ALE技术,不用刚体约束的情况下,是可以并行计算 ...

这个我不太清楚了,我只记得以前在看6.9帮助文件的时候,他解释的有几种情况是不能并行运算的,其中一种情况就是ALE
回复 不支持

使用道具 举报

发表于 2012-10-8 09:48:48 | 显示全部楼层 来自 上海长宁区
支持,资料不错,谢谢分享
回复 不支持

使用道具 举报

发表于 2013-2-5 18:28:28 | 显示全部楼层 来自 浙江温州
高手,不过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
回复 不支持

使用道具 举报

发表于 2013-2-5 20:57:40 | 显示全部楼层 来自 山东济南
谢谢楼主的分享,学习了
回复 不支持

使用道具 举报

发表于 2013-3-8 14:38:25 | 显示全部楼层 来自 陕西西安
楼主好认真负责
回复 不支持

使用道具 举报

发表于 2013-3-18 15:02:27 | 显示全部楼层 来自 北京
好精彩,学习了,多谢
回复 不支持

使用道具 举报

发表于 2013-4-17 15:28:20 | 显示全部楼层 来自 湖南农业大学
吴聊SP 发表于 2012-10-7 09:07
谢谢回复,如果模具和金属丝都采用的是变形体建模,采用ALE技术,不用刚体约束的情况下,是可以并行计算 ...

我碰到过这种情况:接触约束算法是默认的动态算法,ALE不能并行,改为罚函数,则可以并行。但是就算能并行,效率和1个cpu几乎没区别,因为节点和单元并不是平均分配给cpu的,其中的一个cpu分配了90%以上的任务
回复 不支持

使用道具 举报

 楼主| 发表于 2013-4-17 16:05:33 | 显示全部楼层 来自 北京
dyzlgy1102 发表于 2013-4-17 15:28
我碰到过这种情况:接触约束算法是默认的动态算法,ALE不能并行,改为罚函数,则可以并行。但是就算能并 ...

多谢指教!
回复 不支持

使用道具 举报

您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

Archiver|小黑屋|联系我们|仿真互动网 ( 京ICP备15048925号-7 )

GMT+8, 2024-3-28 23:42 , Processed in 0.045562 second(s), 12 queries , Gzip On, MemCache On.

Powered by Discuz! X3.5 Licensed

© 2001-2024 Discuz! Team.

快速回复 返回顶部 返回列表