《材料成型软件应用》结课报告 - 图文

《材料成型软件应用》

结课报告

专 业：材料成型及控制工程 班 级： 学 号： 姓 名：

《材料成型软件应用》报告之一：ANSYS模拟报告

六角铆钉冲压过程应力应变分析

1、问题描述

如图1所示为六角铆钉的示意图，对它的成形过程进行结构静力分析。

图 1（a） 图1（b）

铆钉的外圆柱高12mm，外圆柱半径为4mm,内圆柱孔长度为5mm，内圆柱孔半径为2mm，铆钉正六棱柱体边长为6mm。弹性模量为E=2e11MPa，泊松比为0.3。

2、问题分析

该铆钉由下半部分空心圆柱和上半部分一个正六棱柱组成。可采用自顶向下建模。先建正六棱柱，然后创建两个半径不同，高度也不同的圆柱体进行体相减得到空心圆柱体，然后划分网格，最后求解分析模型。

3、模拟计算过程

1、定义工作文件名和工作标题

1）定义工作文件名：File >Chang Jobename

2）定义工作工作标题：File>Change Title在文本框中输入rivet单击OK，关闭对话窗口。 3）重新显示：Plot > Replot 2、显示工作平面

1）显示工作平面：WorkPlane >Display Working Plane 2、参数选择：

GUI：Main Menu>Preferences操作后弹出对话框，选择structural，单击OK。如下图2所示：

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图 2

3、定义材料属性

GUI：Main Menu>Preprocessor>Material Props>Material Models 操作后弹出对话框，选择Structural>Linear>Elastic>Isotropic，弹出对话框，在EX中输入2e11，PRXY中输入0.3，单击OK。如图3所示：

图 3

4、创建几何模型：

1）关闭坐标系符号：PlotCtrls>Window Controls>Window Options在Location of triad后选中Not shown单击OK，如下图4所示：

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图 4

2）生成正六棱柱体：

GUI：Main Menu>Preprocessor>Modeling> Create>Volumes>Prism>Hexagonal在弹出对话框中在半径Radius处输入6，在深度Depth处输入2，单击OK如下图5所示：

图 5

生成正六棱柱体如下图6所示：

图 6

3）平移工作平面：

WorkPlane>Offset WP by increments，在X,Y,Z Offset栏中输入0，0，-12单击Apply，如下图7所示：

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图 7

4）创建一个圆柱体：

Preprocessor>Modeling>Create >Cylinder > Solid Cylinder，在弹出对话框中输入半径4，高度12，单击OK生成圆柱如图8，图9所示：

图 8

图 9

5) 生成另一个圆柱体：Preprocessor> Modeling> Create> Volumes > Cylinder> Solid Cylinder半径2，高度5，单击OK，如图10，图11所示：

图 10

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图 11

6）体相减操作：Preprocessor>Modeling> Operate> Booleans >Subtract > Volumes，大圆柱减去刚生成的小圆柱体，如图12图13图14所示：

图 12

图 13

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图 14

7）体相加操作：Preprocessor>Modeling>Operate>Booleans >Add> Volumes，拾取Pick All按钮，如图15所示：

图 15

5、网格划分：

定义单元类型：

GUI：Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete，操作后弹出对话框，单击Add按钮。在弹出的对话框中左边选择Structural Solid，右边选择Brick 8 node 185单元，单击OK，最后单击Close,如图16所示：

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图 16

GUI: Preprocessor >Meshing>MeshTool在弹出对话框在Global单击set在SIZE 框后输入0.5，单击OK，如下图17所示：

图 17

单击Mesh，再单击pick all，网格划分结果如下图18所示：

图 18

6、施加约束：

Solution >DefineLoads>Apply>Structural >Displacement>On Areas，选中正六棱柱的上正六边形，单击OK,在弹出对话框中单击OK，如图19图20所示：

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图 19

图 20

7、施加载荷：

Solution >DefineLoads>Apply> Structural >Pressure>On Areas，选择空心圆柱的上端面，设置载荷为1000Pa，如图21图22图23所示：

图 21

图 22

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图 23

8、定义分析类型：

GUI：Solution>Analysis Type>NewAnalysis选择Type of Analysis 为Static，单击OK，如图24所示：

图 24

9、选择求解器：

GUI：Solution>Analysis Type>Soln Cntrols，在Time at end of load step处输入1；在Number of substeps处输入20，如下图25所示设置，然后单击OK。

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图 25

10、开始求解：

GUI:Solutio>Solve>Current LS，在弹出对话框单击OK，YES直到出现Solution is done，表明计算结束，结果如图26所示：

图 26

4、模拟结果分析

1、应力分析：

GUI:General PostProc >Plot Resul>contour plot>Nodal Solu>Stress>von Mises stress 在Scale Factor 后选中True Scale ，分别选择在X、Y、Z方向和Von Mises单击OK，如图27至32所示：

图 27

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图 28（X）

图 29（Y）

图 30（Z）

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图 31 图 32

图28为X轴方向的应力，图29为Y方向的应力图，图30为Z方向的应力图，图31，图32为Von Mises应力，从图31可知，从整体上看应力从铆钉顶部空心圆柱处往正六棱柱方向应力逐渐减小；正六棱柱的应力从中心往四周处逐渐减小从上往下逐渐减小，在边缘处下层的应力值最小为18.6291Mpa；但是从图32可以看出应力最大值是出现在空心圆柱内与下方实心圆柱的交界处，其值为1301.37Mpa。 2、位移分析：

GUI:General PostProc >Plot Resul>contour plot>Nodal Solu>DOF Solution>Displacement vector sum后选中True Scale ，分别选择在X、Y、Z方向和Displacement vector sum单击OK，如图33至35所示：

图 33（X）

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图 34（Y）

图 35（Z）

图 36

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图33至图36分别为X，Y，Z，Mises位移，从图36可知，在靠近空心圆柱的最上端的等效位移最大，沿着空心圆柱体往下到六棱柱体等效位移逐渐减小，在六棱柱体上达到最小值。 3、应变：

GUI:General PostProc >Plot Resul>Nodal Solu>Elastic Strain选择X、Y、Z和von Mises elastic strain，选择OK，如图37至41所示：

图 37（X）

图 38（Y）

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图 39（Z）

图 40

图 41

从图40可以发现应变情况与应力变化的情况相似，最大应变出现在与空心圆柱下端接壤的内侧，六棱柱的上方整体上从上到下逐渐减小，六棱柱体上从内到外逐渐减小，从上到下逐渐增大。

5、分析结论

这次实验是模拟铆钉冲压的应力变化，由模拟结果分析中可以总结出：

1、总的来说等效应力和等效应变在空心圆柱下端接壤处内侧最大，空心圆柱往下到六棱柱体越来越小，六棱柱体从中心心到边缘处也越变越小，因为中心到六个边的距离不一样其应力发生的变化也不相同，在个边的中心部位与正六棱柱中心部位应力变化不大。这使铆钉头部受力不均更容易产生变形，因此在设计时应该把铆钉头部边缘设计得离中心处一样的距离。

2、在靠近空心圆柱的最上端的等效位移最大，沿着空心圆柱体往下到六棱柱体等效位移逐渐减小，在六棱柱体上达到最小值。因此在铆钉的头部发生应力应变比较小变形也小、空心圆柱部分变形比较剧烈，尤其是内侧与实心圆柱接触的部位。所以要根据铆钉的应力应变情况来合理设计选材。

3、由位移模拟分析可知，铆钉的圆柱体部分都在缩小，说明铆钉截面积变大，高度会变小。这要求我们在设计产品时特别是受载荷作用的零件时，要考虑受力后材料的变形量。

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《材料成型软件应用》报告之二：DEFORM模拟报告

粗轧过程模拟

1、问题描述

用Deform来模拟粗轧的过程如图1所示。工件为八棱柱，材料为TITANIUM 6Al-4V，其尺寸大小如图2所示。其他材料为AISI D3，轧辊的速度为2 in/sec，工件的初始温度为1500°F，轧辊和胎具温度为200°F，分析它的应力应变、温度、位移等变化。

图- 1 图- 2

2、问题分析

这次实验是模拟粗轧的过程来分析其应力、应变、温度、位移变化等。对工件划分网格为14层，轧辊的网格层数为7层，胎具网格层数为5层。对于整个轧制过程划分为220步，分为两道次操作。

3、模拟计算过程

1、创建新问题：

打开工作界面，单击File | NewProblem，选择Cogging Wizard，单击Next，输入文件名为“Cogging”，单击Finish，进入前处理界面，如图3图4所示：

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图- 3

图- 4

在安装目录下的USER_HT.KEY文件复制到之前设置的目录下 2、设置初始条件和基本参数：

1）在弹出对话框中在Simulation Title输入Cogging Simulation，Units栏中选择English，然后点击Next，如图5所示：

图- 5

2）在弹出对话框中不修改其中参数单击Next。 3）在接下来的对话框中选择Generate billet using cogging wizard，在下面的Load material from中选择USERKEY项，点击Next，选择八棱柱的作为工件，点击Next，如图6所示：

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图- 6

3.网格划分：

在对话框的第一个Elements一栏中输入单元数为100。在下面的Size ratio一栏中输入1，即尺寸比率为1。然后在下面的Layers一栏中输入14，即层数为14。点击钮，单击Yes生成工件网格，然后点击Next如图7所示：

按

图- 7

4.定义温度参数：

在对话框中选择Billet Temperature栏，并设置工件温度1500F点击Next，如图8所示：

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图- 8

5. 设置轧辊参数：

在弹出的对话框中选择Generate dies using cogging wizard，在Load material form一栏中选择USERKEY按钮，自己输入材料，点击Next 6. 导入轧辊模型：

在弹出对话框中选择Mode一栏中的Template，单击Next，如图9所示：

图- 9

7. 轧辊网格划分：

在弹出对话框中在第一栏中输入100。在Size ratio一栏中输入1，即尺寸比率为1，然后在Layers一栏中输入7。然后点击点击Next，如图10所示：

按钮，单击Yes生成了轧辊的网格模型，

图- 10

8.设置轧辊参数：

在弹出对话框的No.of dies一栏中选择2-dies，此步骤是为轧制选择两个轧辊。在Die movement direction一栏中选择NegX一项，沿X轴的负向运动。在Die movement type一栏中选择Both一项，此步骤是为了两个轧辊同时运动。在Speed即速度一栏中输入2，轧辊的运动速度为2 in/sec。在Temperature即温度一栏中输入200，轧辊的温度为200然后点击Next，如图11所示

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图- 11

在随后弹出的对话框单击Next，再弹出对话框不改变其参数再单击Next。 9.胎具网格划分：

对话框中在Elements中输入50，即单元数为50，在Size ratio一栏中输入2，即尺寸比率为2，在Layers输入5，即层数为5，然后点击如图12所示：

按钮，单击Yes点击Next，

图- 12

10.设置温度参数：

在弹出的对话框中的Temperature输入200F，其他选项不变，点击Next，如图13所示：

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图- 13

11. 初轧操作步骤：

在出现的Operation List为操作列表的提示菜单，点击Next，在接下来的对话框中点击对话框外的

按钮，然后点击Next，如图14所示：

图- 14

12. 进入一道次操作信息设置流程

1）首先在右上方的操作列表中，先点击Pass 1 然后点击下方的BiteHt+，完成后就加入了一次热交换过程，如图15所示：

图- 15

2）在Auto-calculate bites中选择Yes一项，在Min.stopping distance一栏中输入10，即最小的停止距离为10，点击Next，如图16所示：

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图- 16

3）在No.of simulation steps一栏中输入10，然后在第二项的Step increment to save输入10，然后在Process duration一栏中输入5，点击Next，如图17所示：

图- 17

4）在弹出对话框中，在Nominal bite一栏中输入10，在No. of simulation steps一栏中输入10，然后在Step increment to save一栏中输入2，在Stroke per step一栏中输入0.15，其他参数不变，点击Next，如图18所示：

图- 18

13. 进入二道次操作信息设置流程：

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1）首先点击操作栏的Pass 2 ，然后点击操作栏下方的BiteHt+按钮，如图19所示：

图- 19

2）对话框中的Auto-calculate bites选择Yse，在Rotation before pass一栏中输入90，在下方的Die movement direction一栏中输入-1，点击Next，如图20所示：

图- 20

3）在弹出对话框中，在No. of simulation steps中输入10，在 Step increment to save设置为10，在Process duration一栏中输入5，点击Next，如图21所示：

图- 21

4）在弹出对话框中， Nominal bite一栏中输入10， No. of simulation steps一栏中输入10，然后将Step increment to save设置为2，在Stroke per step一栏中输入0.15，点击Next，

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如图22所示：

图- 22

进入模拟窗口之后，对话框中显示了轧制的全部操作步骤，选择最后一步如图23图24所示

图- 23

图- 24

全部选择Yes，完成模拟计算，然后点击Finish按钮完成创建，如图25所示：

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图- 25

14. 退出前处理窗口，进行模拟Run。

4、模拟结果分析

1.应变分析： 选中BILLET，单击

，选择Deformation，Strain-Effective，分别选择80步160步

220步生成等效应变图，如图26至28所示：

图- 26

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图- 27

图- 28

单击Summary

，选择Deformation，如图29所示：

图- 29

由上图28可知轧辊轧制的位置产生变形比较大，因此应变主要发生在受到轧辊挤压两边的地方，当然变形比较小的地方应变也比较小，由图29可以看出最小应变值时间53.1之前几乎为零，说明当没有发生变形时应变也是没有产生。 2、应力分析：

单击

，选择Stress，Effective，生成等效应力图，分别选择80步160步和220步，

如图30至32所示：

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图- 30

图- 31

图- 32

单击summary

，选择Deformation ，单击Stress，选择Effection，生成等效应力曲

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线，如图33所示：

图- 33

由图32可以看出最低应力为0最高的应力是40Mpa，由图30至31可看出当轧辊轧制的时候，应力是逐渐增大，当轧辊离开后，应力会逐渐的减小，直至接近零。 4、位移分析：

单击

，选择Deformation，Displacement 选择Total disp，单击Apply生成位移图，

如图34所示：

图- 34

由图34看出轧辊由于运动位移最大，发生位移的地方主要还是受到轧辊挤压的地方，受到挤压变形大位移也大，没有挤压的地方位移小变形也小。 3.温度分析：

单击

按钮，选择Thermal下的“Temperature”然后单击Apply将在显示界面显示温度

图如图35所示：

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图- 35

由图35可看出受到轧辊轧制的地方温度最高，最高温度为1530°F，同时坯料和轧辊接触的地方产生了热交换，所以接触的部分坯料温度较周围更低。 4、点追踪：

单击

，在billet上选择具个有代表性的4个点，选择Next，将会在后处理窗口显示

4个点的受压变化曲线，当进行受压演示时，可在曲线上观察到所选点的受力情况如图36所示，图37至图40分别为在应力、应变、位移和温度下的点追踪。

图- 36

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图- 37

从图37可看出随着时间的增加，应变在34.0和56.9左右的时候急剧增加，是由于点追踪选择选择不同的追踪点，由于位置不同，所以变化的时间也不同。

图- 38

从图38可看出应力的变化是由于轧辊的运动，胎具也会受到挤压产生应力。

图- 39

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图- 40

从图40可看出与胎具接触的地方温度较低，受到轧辊轧制的地方温度最高 5、力—行程曲线：

单击，选择stroke,点击ok，如图41所示：

图- 41

由图41可知力—行程曲线随各个方位施加载荷的不同而变化，随着行程的增加载荷不断增加，在行程方向改变之后，载荷也随之立即下降。

5、分析结论

1. 轧辊轧制的位置产生变形比较大，因此应变主要发生在受到轧辊挤压两边的地方，当然变形比较小的地方应变也比较小；2. 当轧辊轧制的时候，应力是逐渐增大，当轧辊离开后，应力会逐渐的减小；3. 受到轧辊轧制的地方温度最高；4. 受到轧辊挤压的地方位移变化大。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/pqe6.html