數(shù)值模擬技術(shù)三級(jí)項(xiàng)目

1、 數(shù)值模擬技術(shù)三級(jí)項(xiàng)目 學(xué) 院：機(jī)械工程學(xué)院班 級(jí)：軋鋼一班小組成員：戴華平 裴澤宇 謝世豪 羅湘粵 韋志行指導(dǎo)教師：戚向東完成時(shí)間：2016年6月28日目錄一 3500四輥軋機(jī)支承輥彎曲強(qiáng)度分析21、定義工作文件名及工作標(biāo)題22、建立幾何模型33、定義單元類型和材料屬性34、生成有限元分析網(wǎng)格65、施加載荷并求解106、查看結(jié)果16二 3500四輥軋機(jī)軋制過程分析211、定義工作文件名及工作標(biāo)題212、單元類型和材料屬性設(shè)置213、幾何建模244、網(wǎng)格劃分265、建立接觸對(duì)286、施加邊界條件和求解計(jì)算327生成載荷步文件388求解載荷步文件389、結(jié)果后處理39三 小組分工42四 感想43

2、 數(shù)值模擬技術(shù)三級(jí)項(xiàng)目任務(wù)書 專業(yè)（班級(jí)）: 軋鋼13-1分析題目1. 3500四輥軋機(jī)支承輥彎曲強(qiáng)度分析；2. 3500四輥軋機(jī)軋制過程有限元分析；項(xiàng)目組成員戴華平 裴澤宇 謝世豪 羅湘粵 韋志行技術(shù)參數(shù)最大軋制力：7000噸；軋輥材料：9Cr2Mo，許用應(yīng)力；軋輥參數(shù)：見圖紙；壓下螺絲中心距：見圖紙軋件入口厚度：80mm軋件出口厚度：60mm軋件寬度：2800mm軋件材料：Q345分析要求1.對(duì)軋輥進(jìn)行合理網(wǎng)格劃分，以及邊界條件、載荷的施加，給出軋輥內(nèi)的應(yīng)力分布以及最大應(yīng)力值、發(fā)生位置，校核軋輥是否滿足強(qiáng)度要求，給出軋輥中心撓曲曲線。2. 不考慮溫度與寬展影響，按照平面應(yīng)變問題建立軋制過程

3、分析模型，軋輥?zhàn)鳛閯傂暂?，給出軋制變形區(qū)的壓力分布、中性點(diǎn)位置，并計(jì)算總軋制力和軋制力矩。一 3500四輥軋機(jī)支承輥彎曲強(qiáng)度分析1、定義工作文件名及工作標(biāo)題 定義工作文件名：運(yùn)行Mechanical APDL Product Launcher 16.2，在彈出的對(duì)話框中，選擇保存文件目錄為：“E:ansysjieguo”，輸入工作文件名為“2016062801”，單擊“RUN”。 圖1.1.1 創(chuàng)建文件2、建立幾何模型 生成面：Main Menu> Preprocessor> Modeling> Create> Areas> Arbitrary> By Li

4、nes，彈出“Creat Areas”對(duì)話框，選擇所有的邊線，單擊“OK”，生成如圖所示平面。圖1.2.1 生成幾何面3、定義單元類型和材料屬性（1）定義單元類型：Main Menu > Preprocessor > Element type > Add/Edit/Delete,彈出一個(gè)對(duì)話框，單擊“Add”，又彈出一個(gè)“Library of Element Type”對(duì)話框，在“Library of Element Type”左面的列表欄中選擇“Not Solved”，在其右面的列表欄中選擇“Mesh facet 200”， 單擊“Apply”。圖1.3.1圖1.3.2繼續(xù)

5、添加solid Quad 4 node182單元，點(diǎn)擊ok。 圖 1.3.3設(shè)置mesh200單元options，單元形狀和節(jié)點(diǎn)數(shù)K1設(shè)置為QUAD 4-NODE，點(diǎn)擊ok。圖 1.3.4（2）定義材料屬性：Main Menu > Preprocessor > Material Props > Material Models，彈出“Define Material Behavior”對(duì)話框，如圖所示，在其右邊的欄中，連續(xù)雙擊“Structural > Linear > Elastic > Isotropic”后，出現(xiàn)一個(gè)“Linear Isotropic Pr

6、operties for Material Number 1”對(duì)話框，如圖所示，在“EX”后面的輸入欄中輸入“2.1e5”，在PRXY后面的欄中輸入“0.3”，單擊“”，關(guān)閉該對(duì)話框。圖 1.3.54、生成有限元分析網(wǎng)格（1）對(duì)支承輥截面進(jìn)行網(wǎng)格劃分：Main Menu> Preprocessor> Meshing >MeshTool，彈出“MeshTool”對(duì)話框，選取智能網(wǎng)格劃分”Smart Size”, 自動(dòng)劃分網(wǎng)格等級(jí)選擇4，劃分對(duì)象設(shè)置為Areas，點(diǎn)擊mesh。圖 1.4.1彈出 “Mesh Areas”對(duì)話框中，選擇要?jiǎng)澐值拿?，單擊“OK”，自動(dòng)對(duì)平面進(jìn)行網(wǎng)格劃

7、分，生成如圖所示的圖形。出現(xiàn)的警告對(duì)話框關(guān)閉即可。圖 1.4.2（2）由平面網(wǎng)格拉伸為體網(wǎng)格。設(shè)置網(wǎng)格單元選項(xiàng)：Main Menu> Preprocessor> Modeling> Operate> Extrude> Elem Ext Opts，彈出“Element Extrusion Options”對(duì)話框，在TYPE欄選擇“2 SOLOD45”，在VAL1欄輸入“10”，在ACLEAR欄單擊“Yes”，單擊“OK”，設(shè)置完成。圖 1.4.3沿軸向延伸面：Main Menu> Preprocessor> Modeling> Operate>

8、; Extrude> Areas> About Axis，彈出“Sweep Areas”對(duì)話框，選擇要延伸的面，單擊“Apply”，接著選擇要延伸軸線上的兩個(gè)點(diǎn)，單擊“OK”，彈出對(duì)話框，在ARC欄填入“180”，單擊“OK”，生成如圖所以圖形。圖 1.4.4圖 1.4.55、施加載荷并求解（1）定義分析類型：Main Menu > Solution > Analysis Type > New Analysis，選擇“Static”,單擊“OK”。 圖 1.5.1（2）在面上施加約束載荷：Main Menu > Solution > Apply >

9、; Structural > Pressure > On Areas，首先選擇支承輥接觸面的區(qū)域進(jìn)行加載，單擊“Apply”，出現(xiàn)對(duì)話框“Apply PRES on areas”,在VALUE處輸入力的大小為軋制力P/4/作用面面積。 圖 1.5.2圖 1.5.3圖 1.5.4（3）在面上設(shè)置對(duì)稱條件：Main Menu > Solution > Apply > Structural > Displacement > Symmetry B.C > On areas，選擇支承輥的對(duì)稱面（共5個(gè)），如圖所示，即可完成設(shè)置。圖 1.5.5（4）在面上施

10、加位移約束：Main Menu > Solution > Apply > Structural > Displacement > On Node，選取支承輥對(duì)稱面上的中心點(diǎn)，彈出“Apply UROT on area”，選擇UY的VALUE值為0，單擊“OK”。 圖 1.5.6 圖 1.5.7（5）在節(jié)點(diǎn)上施加力：Main Menu > Solution > Apply > Structural > Force/Moment > On Nodes，選擇支承輥一側(cè)面，如圖所示，彈出“Apply F/M on Nodes”對(duì)話框，在Lab

11、行選擇“FY”，在VALUE行輸入“-軋制力/4/節(jié)點(diǎn)數(shù)”，單擊“OK”，可得如圖所示圖形。 圖 1.5.8.1 圖 1.5.8.2 圖 1.5.8.3（5）求解計(jì)算：Main Menu > Solution > Solve > Current LS，彈出一個(gè)檢查信息窗口，瀏覽完信息并確認(rèn)無(wú)誤后，單擊“File > Close”關(guān)閉信息窗口，又單擊對(duì)話框上的“OK”，系統(tǒng)將開始分析計(jì)算，當(dāng)在顯示器的左上角出現(xiàn)一個(gè)“Solution is done”的提示后，表示計(jì)算結(jié)束，單擊“Close”關(guān)閉提示框。 圖 1.5.9.16、查看結(jié)果（1）顯示變形形狀：Main Menu

12、 > General Postproc > Plot Reasults > Deformed shape，彈出如圖所示的對(duì)話框，在其中“Items to be Plotted”選項(xiàng)中，選擇“Def shape only”，單擊對(duì)話框上的“OK”，其顯示結(jié)果如圖所示。圖1.6.1 顯示變形結(jié)果（2）顯示Von Mises應(yīng)力結(jié)果和Y方向的位移：Main Menu > General Postproc > Plot Reasults > Contour Plot > Nodal Solu，彈出一個(gè)對(duì)話框，在“Contour Nodal Solution D

13、ata”對(duì)話框的第一欄“Items to be Plotted” 的第一欄中選擇“Stress”，在第二欄中選擇“von Mises stress”，點(diǎn)擊“OK”，生成如圖結(jié)果，然后，在“Items to be Plotted”的第一欄中選擇“DOF Solution”，在第二欄中選擇“Y-Component of displacement”，點(diǎn)擊“OK”，生成如圖結(jié)果。 圖 1.6.2等效應(yīng)力云圖圖 1.6.3Y向位移分量云圖支承輥中心線撓度：定義路徑：Main Menu > General Postproc >Path Operations>Define Path>

14、By Nodes，選取支承輥中心線上的2個(gè)節(jié)點(diǎn)，點(diǎn)擊ok3211輸入路徑名：br_c，點(diǎn)擊ok，關(guān)閉彈出的窗口。將結(jié)果映射到所定義的path上。Main Menu > General Postproc >Path Operations>Map onto Path,選取自由度計(jì)算結(jié)果UY繪制結(jié)果：Main Menu > General Postproc >Path Operations>Plot Path Item>On Graph，選取剛才定義的UY。 圖 1.6.8 圖 1.6.9二 3500四輥軋機(jī)軋制過程分析1、定義工作文件名及工作標(biāo)題 定義工作

15、文件名：運(yùn)行Mechanical APDL Product Launcher 16.2，在彈出的對(duì)話框中，選擇保存文件目錄為：“E:ansysjieguo”，輸入工作文件名為“2016062802”，單擊“RUN”。2、單元類型和材料屬性設(shè)置（1）定義單元類型和選項(xiàng)：Main Menu> Preprocessor> Element Type> Add/Edit/Delete，彈出“Element Types”對(duì)話框，單擊“Add”，添加單元類型，在類型中選擇Solid>Quad 4node 42，單擊“OK”， “Element Types”對(duì)話框顯示“Type1 Pl

16、ane42”，單擊“Options”，在K3欄選擇“Plane strs w/thk”，單擊“OK”，在“Element Types”對(duì)話框中單擊“Close”，完成設(shè)置。圖 2.2.1 單元設(shè)置 圖2.2.2 單元行為選項(xiàng)設(shè)置（2）定義材料屬性：Main Menu> Preprocessor> Material Props> Material Models，彈出“Define Material Model Behavior”對(duì)話框，點(diǎn)擊Structural>Linear>Elastic>Isotropic，彈出對(duì)話框，在EX欄輸入2.1E5，PRXY欄輸入

17、0.3，單擊“OK”，關(guān)閉對(duì)話框，完成設(shè)置。（3）定義剪切模量：Main Menu> Preprocessor> Material Props> Material Models，彈出“Define Material Model Behavior”對(duì)話框，點(diǎn)擊Structural> Nonlinear> Inelastic> Rate Independent> Isotropic Hardening Plastic> Mises Plasticity> Bilinear，彈出“Bilinear Isotropic Hardening for

18、Material”對(duì)話框，在Yield Stss行輸入“235”，在Tang Mod行輸入“1000”，單擊“OK”，完成設(shè)置。 圖 2.2.3 定義材料屬性3、幾何建模（1）創(chuàng)建軋輥：Main Menu> Preprocessor> Modeling> Create> Areas> Circle> Solid Circle，彈出對(duì)話框“Solid Circle”，在WP X行中輸入“0”， 在WP Y行中輸入“0”，在Radius行中輸入“400”，單擊“OK”，生成如圖7.137所示圖形。（2）移動(dòng)軋輥：Main Menu> Preprocesso

19、r> Modeling> Move / Modify> Areas> Areas，彈出“Move Areas”對(duì)話框，選擇圓面，單擊“OK”，彈出“Move Areas”對(duì)話框，在DY行中輸入“405”，單擊“OK”，使軋輥上移。 圖 2.3.1 幾何建模（3）創(chuàng)建軋件： Main Menu> Preprocessor> Modeling> Create> Areas> Rectangle> By Dimensions，彈出“Create Rectangle By Dimensions”對(duì)話框，在X1，X2行中分別輸入“0”和“-10

20、0”， 在Y1，Y2行中分別輸入“0”和“5”，單擊“OK”，如圖7.139所示。圖2.3.2 創(chuàng)建軋件4、網(wǎng)格劃分 （1）軋件網(wǎng)格劃分：Main Menu> Preprocessor> Meshing >Mesh Tool，彈出“Mesh Tool”對(duì)話框，在Global欄中單擊“Set”，彈出“Global Element Sizes”對(duì)話框，在SIZE欄中輸入“2.5”，單擊“OK”，返回“Mesh Tool”對(duì)話框，點(diǎn)擊“Mesh”，選擇軋件，在“Mesh Area”對(duì)話框中，點(diǎn)擊“OK”，完成對(duì)軋件的網(wǎng)格劃分。圖2.4.1 軋件單元網(wǎng)格劃分（2）軋輥表面即周邊的單元

21、長(zhǎng)度網(wǎng)格劃分：Main Menu> Preprocessor> Meshing > Mesh Tool，彈出“Mesh Tool”對(duì)話框，在Lines欄中單擊“Set”，選擇軋輥邊線，在彈出的“Element Sizes on Lines”對(duì)話框中單擊“OK”，彈出“Element Sizes on Picked Lines”對(duì)話框，在SIZE欄中輸入“2.5”，點(diǎn)擊“OK”，完成對(duì)軋輥表面的網(wǎng)格劃分。圖2.4.2 軋輥表面單元的網(wǎng)格劃分5、建立接觸對(duì) 建立接觸對(duì)：Main Menu> Preprocessor> Modeling> Create> C

22、ontact Pair，彈出“Contact Manage”對(duì)話框，點(diǎn)擊新建按鈕，彈出“Contact Wizard”對(duì)話框，在Target Surface欄中選中“Lines”，在Target Type欄中選中“Rigid w/Pilot”，單擊“Pick Target”，選擇軋輥的接觸邊線，在Select對(duì)話框中單擊“OK”，然后單擊“Contact Manage”對(duì)話框中“Next”，在Contact Surface欄中選中“Lines”，在Contact Element Type欄中選中“Surface-to-Surface”，單擊“Pick Target”，選擇軋件的接觸面邊線，在S

23、elect對(duì)話框中單擊“OK”， 然后單擊“Contact Manage”對(duì)話框中“Next”，在Coefficient of Frictior中輸入“0.1”，單擊“Creat”，彈出提示框，單擊“Finish”，生成接觸對(duì)。 圖 2.5.1 建立接觸對(duì)過程6、施加邊界條件和求解計(jì)算（1）求解控制設(shè)置：Main Menu> Solution > Analysis Type >Sol n Controls，彈出“Solution Controls”對(duì)話框，求解控制基本設(shè)置中，其中Analysis Options選擇“Large Displacement Static”，Tim

24、e Control選擇時(shí)間步1、自動(dòng)時(shí)間步長(zhǎng)和子步數(shù)以及每10步存儲(chǔ)一次結(jié)果等設(shè)置。 圖2.6.1求解控制設(shè)置（2）施加位移邊界條件：Main Menu> Solution> Define Loads> Apply> Structural> Displacement> On Node，彈出“Apply U，ROT on Node”對(duì)話框，選擇軋輥中心點(diǎn)，單擊“OK”，彈出“Apply U，ROT onNode”對(duì)話框，選擇“UY”，在VALUE displacement value欄中輸入“-1.5”，單擊“OK”，加載如圖所示位移約束。 圖2.6.2 對(duì)軋

25、輥施加Y方向位移約束（3）施加位移邊界條件：Main Menu> Solution> Define Loads> Apply> Structural> Displacement> On Lines，彈出“Apply U，ROT on Lines”對(duì)話框，選擇軋件底邊線，單擊“OK”，彈出“Apply U，ROT on Lines”對(duì)話框，選擇“UY”，在VALUE displacement value欄中輸入“0”，單擊“OK”，加載如圖所示位移約束。圖2.6.3 對(duì)軋件施加Y方向位移約束（4） 施加對(duì)稱邊界條件：Main Menu> Solution

26、> Define Loads> Apply> Structural> Displacement> Symmetry B.C> On Lines，彈出“Apply U，ROT on Lines”對(duì)話框，選擇對(duì)稱邊線，單擊“OK”，加載如圖所示對(duì)稱約束。 圖2.6.4 施加對(duì)稱位移約束（5）生成載荷步文件：Main Menu> Solution> Write LS File，在對(duì)話框“Write Load Step File”上的Load step file number n欄輸入“1”，單擊“OK”。圖2.6.5 生成載荷步文件（6）施加位移邊界條

27、件：Main Menu> Solution> Define Loads> Apply> Structural> Displacement> On Node，彈出“Apply U，ROT on Node”對(duì)話框，選擇軋輥中心點(diǎn)，單擊“OK”，彈出“Apply U，ROT onNode”對(duì)話框，選擇“ROTZ”，在VALUE displacement value欄中輸入“0.3”，單擊“OK”，加載如圖所示位移約束。 圖2.6.6 對(duì)軋輥施加轉(zhuǎn)動(dòng)位移約束（7）施加對(duì)稱邊界條件：Main Menu> Solution> Define Loads>

28、 Apply> Structural> Displacement> Symmetry B.C> On Lines，彈出“Apply U，ROT on Lines”對(duì)話框，選擇對(duì)稱邊線，單擊“OK”，加載如圖所示對(duì)稱約束。圖2.6.7施加對(duì)稱位移約束 7生成載荷步文件Main Menu> Solution> Write LS File，在對(duì)話框“Write Load Step File”上的Load step file number n欄輸入“2”，單擊“OK”。圖2.7.1生成載荷步文件 8求解載荷步文件Main Menu> Solution> Solve> From LS File，在對(duì)話框“Solve Load Step File”上的Starting LS file number欄輸入“1”，在Ending LS fi