金属塑性成型的非线性有限元分析

SouthwestUniversityofScienceandTechnology《塑性力学》课程设计（论文）金属塑性成型的非线性有限元分析学院名称土木工程与建筑学院专业名称工程力学学生姓名张林学号20131482指导教师文军二〇一六年六月金属塑性成型的非线性有限元分析摘要:对于金属塑性成型中一般会遇到以下问题：1．如何定义一个合理的金属材料应力应变关系？2．如何处理金属与模具之间的接触？3．如何解决在金属塑性成型计算中网格发生激变而造成计算中断？针对这样的问题，ANSYS提供了一个完备的技术解决方案。本文介绍了一个轴对称平面模型，即一个被加工金属体和两个刚性模具。通过分析和处理它们的接触，利用网格重分来多次迭代，收敛，来获得所需要的结果，进行相应的应力应变分析。关键词：塑性成型；接触；ANSYS；网格重分Abstract:Formetalplasticformingingeneralwillencounterthefollowingproblems:First,howtodefineareasonablestressandstrainrelationshipofthemetalmaterial?Second,howtodealwiththecontactbetweenmetalanddie?Third,howtosolvetheplasticformingofmetalsingridcomputingchangecausedbycalculatinginterruption?Forsuchaproblem,ANSYSprovidesacompletetechnicalsolution.Inthispaper,anaxisymmetricplanemodelisintroduced,whichisamachinedmetalbodyandtworigiddies.Throughtheanalysisandprocessingoftheircontact,theuseofgridredivisiontomultipleiterations,convergence,toobtaintheresultsoftherequired,thecorrespondingstressandstrainanalysis.Keywords:：Plasticmolding,Contact,ANSYS,Rezoning目录U第一章引言U.................................................................................................................1U第二章几何模型U.........................................................................................................1U第三章ANSYS建模和单元、材料参数设定............................................................2U3.1建立几何模型U...................................................................................................................2U3.2定义单元类型...................................................................................................................3U3.3定义材料属性U...................................................................................................................3U3.4非线性问题的有限元方程U...............................................................................................3U3.4.1增量求解方案.........................................................................................................3U3.4.2增量形式的完全拉格朗日方程..............................................................................3U3.4.3完全拉格朗日描述的有限元方程..........................................................................5U3.5接触问题的求解方法U.......................................................................................................5U3.6定义接触对U.......................................................................................................................5U第四章ANSYS求解过程............................................................................................6U4.1分析类型U...........................................................................................................................7U4.2定义边界U...........................................................................................................................8U4.3定义载荷步U.......................................................................................................................8U4.4第一次非线性求解U...........................................................................................................9U第五章网格重划分U..................................................................................................10U5.1选择子步初始网格重划分U..............................................................................................10U5.2第一次网格重划分的子步选择U......................................................................................10U5.3第二次网格重划分的子步选择U......................................................................................11U5.4选择一个区域重新划分网格...........................................................................................11U5.5生成一个新的网格..........................................................................................................11U5.6映射变量平衡残差U..........................................................................................................13U第六章结果与分析U...................................................................................................13U6.1接触间隙..........................................................................................................................13U6.2第一次网格重划分的子步选择U......................................................................................14U第七章结论与建议...................................................................................................16U参考文献U.....................................................................................................................171第一章引言金属塑性成型的非线性有限元分析的工程实例表明rezoning[1]在金属成型分析中的有效性和实用性。ANSYS的rezoning功能有利于提高存在扭曲单元的非线性有限元分析中的收敛性。有限元法在复杂的金属成型的设计和分析中起着重要的作用[2]，并且能够显著改善产品性能。由于金属塑性成型过程中包含了非线性计算，因此成功模拟金属塑性成型是一项非常复杂的工作。材料成型包括了大变形，弹塑性和接触分析[3]。网格重分对克服收敛困难是一个强有力的工具。第二章几何模型一个金属块在模具的作用下被挤压成型为飞轮圆盘，所以这一问题具有轴对称性质，如图2-1所示为金属塑性成型的轴对称力学模型[4]，模型的几何参数如下：H=169mm，H1=57.68mm，圆角中心1和2到金属件顶部的距离为1.6mm，圆角中心3到金属件底部的距离也为1.6mm，圆角中心4到金属件底部的距离为5.6mm,圆角中心5到金属杆底部的距离为-3.68mm，负号表示圆角中心5在金属件底部的下方，L=35mm，L1=25.8mm，L2=15.2mm，L3=29.8mm，L4=34.72mm，五个圆角半径分别为R1=8mm，R2=8mm，R3=8mm，R4=4mm，R5=4mm。图2-1金属塑性成型的轴对称力学模型2第三章ANSYS建模和单元、材料参数设定3.1建立几何模型本实例为轴对称平面模型，由一个被加工金属体和两个刚性模具，模具呈刚性。属于接触类型中，“刚-柔”