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[热分析] 【原创】金属丝拉拔成型的两种方法——热力耦合

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发表于 2013-1-17 16:42:12 | 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 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。



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)




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发表于 2013-2-5 16:41:20 | 显示全部楼层 来自 浙江温州
Simdroid开发平台
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?
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 楼主| 发表于 2013-2-5 18:20:26 | 显示全部楼层 来自 北京
天下一屋 发表于 2013-2-5 16:41
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
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发表于 2013-2-5 18:30:47 | 显示全部楼层 来自 浙江温州
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
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发表于 2013-2-5 18:35:42 | 显示全部楼层 来自 浙江温州
吴聊SP 发表于 2013-2-5 18:20
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
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 楼主| 发表于 2013-2-7 22:16:00 | 显示全部楼层 来自 辽宁鞍山
天下一屋 发表于 2013-2-5 18:35
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

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发表于 2013-2-14 18:41:35 | 显示全部楼层 来自 浙江温州
吴聊SP 发表于 2013-2-7 22:16
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 ...

谢谢,大过年的 还打扰您 不好意思!非常感谢
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发表于 2013-4-14 18:20:22 | 显示全部楼层 来自 德国
学习一下,谢谢楼主!!
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发表于 2013-7-16 17:57:14 | 显示全部楼层 来自 辽宁沈阳
学习一下  谢谢
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发表于 2014-6-9 22:46:07 | 显示全部楼层 来自 广东深圳
嗯 正在想学习热力耦合 这是个好例子
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发表于 2014-6-15 18:30:09 | 显示全部楼层 来自 北京
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~
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 楼主| 发表于 2014-6-16 19:10:11 | 显示全部楼层 来自 北京
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
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发表于 2014-10-4 20:56:55 | 显示全部楼层 来自 江苏苏州
这个得好好学习
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发表于 2014-10-22 16:22:40 | 显示全部楼层 来自 北京
你好,请问你知道怎么实现多道次钢丝拉拔的模型建立吗
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发表于 2014-11-28 16:12:45 | 显示全部楼层 来自 陕西西安
新手 金币不够啊 谢谢
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发表于 2014-12-5 16:20:59 | 显示全部楼层 来自 上海
谢谢分享这么好的东西
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发表于 2016-5-13 16:33:30 | 显示全部楼层 来自 甘肃兰州
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
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发表于 2016-5-19 21:03:34 | 显示全部楼层 来自 英国
好东西 分享
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