Ansys第25例非线性分析综合应用实例

更新时间：2023-11-03 21:24:01 阅读量：综合文库文档下载

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第25例非线性分析综合应用实例----钢板卷制成圆筒

本例介绍了综合利用ANSYS非线性分析功能模拟将钢板卷制成圆筒的方法和步骤。

25.1问题描述

将钢板卷制成圆筒一般要使用卷板机。图25-1所示为对称式三辊卷板机，该机器将钢板卷制成圆筒时分为三个步骤：首先，上辊下降使钢板发生挠曲，钢板挠曲线的最低点首先发生屈服；然后，下辊转动驱动钢板向前移动，使钢板各点发生同样的屈服形成圆筒；最后，圆筒卷制完成，上辊上升卸下筒体。

图25-1 对称式三辊卷板机用ANSYS模拟将钢板卷制成圆筒，相应地也分为三个步骤。由于第二个步骤需要模拟上、下辊转动，而ANSYS的SOLIDn单元不支持大转动，位移边界条件不能施加大的转动角度，所以上、下辊需要用壳单元建立有限元模型。上、下辊与钢板的作用需要用接触模拟，钢板卷制成圆筒材料发生屈服，产生大变形，所以钢板卷制成圆筒包括状态非线性、材料非线性和结构非线性三种非线性。

用ANSYS模拟将钢板卷制成圆筒，计算结果可以得到圆筒直径与上辊下压量的关系，上、下辊受力大小，上、下辊的变形，下辊驱动力矩及卸载回弹等重要数据。因为分析过程复杂，步骤较多，所以本例只采用命令流法执行命令。

25.2命令流

/CLEAR !清除数据库，新建文件

/FILNAM, EXAMPLE25 !指定任务名为 ?EXAMPLE25“ /CONFIG, NRES, 2000 !设置最大子步数

!前处理

/PREP7 !进入前处理器 /PNUM, VOLU, ON !打开体号 ET, 1, SHELL181 !选择单元类型，壳单元用于划分上、下辊 ET, 2, SOLID186 !实体单元用于划分钢板 MP, EX, 1, 2E11 !定义材料模型1的弹性模量 MP, DENS, 1, 7800 !定义材料模型1的密度 MP, NUXY, 1, 0.3 !定义材料模型1的泊松比 MP, EX, 2, 2E11 !定义材料模型2的弹性模量 MP, DENS, 2, 7800 !定义材料模型2的密度 MP, NUXY, 2, 0.3 !定义材料模型2的泊松比 TB, BKIN, 2, 1 TBTEMP, 0 TBDATA,, 240E6, 0 !定义材料模型2的屈服极限、切向模量 SECTYPE, 1, SHELL !定义截面 SECDATA, 0.02 !壳厚度

CYLIND, 0.38/2, 0, 0.2, 1.7, 0, 360 !创建上辊，圆柱体 CYLIND, 0.38/4, 0, 0.2, 0, 0, 360 CYLIND, 0.38/4, 0, 1.7, 1.9, 0, 360 VGLUE, ALL !黏结

VSEL, NONE

WPOFF, 0.54/2, -0.37 !偏移工作平面原点到右下辊中心 CYLIND, 0.3/2, 0, 0.2, 1.7, 0, 360 !创建右下辊，圆柱体 CYLIND, 0.3/4, 0, 0.2, 0, 0, 360 CYLIND, 0.3/4, 0, 1.7, 1.9, 0, 360 VGLUE, ALL VSEL, NONE

WPOFF, -0.54 !偏移工作平面原点到左下辊中心 CYLIND, 0.3/2, 0, 0.2, 1.7, 0, 360 !创建左下辊，圆柱体 CYLIND, 0.3/4, 0, 0.2, 0, 0, 360 CYLIND, 0.3/4, 0, 1.7, 1.9, 0, 360 VGLUE, ALL

ALLS !选择所有实体

VDELE, ALL !删除体，但保留面，

HPTCREATE, AREA, 5,, COORD !在上辊端面中心处创建硬点 HPTCREATE, AREA, 10,, COORD, 0, 0, 1.9

HPTCREATE, AREA, 34,, COORD, -0.54/2, -0.37, 1.9 !在左下辊端面中心处创建硬点 HPTCREATE, AREA, 29,, COORD, -0.54/2, -0.37, 0

HPTCREATE, AREA, 22,, COORD, 0.54/2, -0.37, 1.9 !在右下辊端面中心处创建硬点 HPTCREATE, AREA, 17,, COORD, 0.54/2, -0.37, 0

MAT, 1 !为上、下辊划分单元指定属性，材料模型 TYPE, 1 !单元类型 SECN, 1 !壳横截面

ESIZE, 0.04 !指定单元边边长度 SMRTSIZE, 7 !指定智能尺寸级别

MSHAPE, 1 !指定单元形状为三角形 AMESH, ALL !对所有面划分单元 BLOCK, 0.7, -0.5, 0.3/2, 0.3/2+0.03, 0.5, 1.4 !创建钢板，块

LESIZE, 96,,, 2 !指定线96 (钢板厚度)被划分为两段 MAT, 2 !为钢板划分单元指定属性 TYPE, 2 MSHKEY, 1 !映射网格

MSHAPE, 0 !指定单元形状为六面体 ESIZE, 0.05 !指定单元边长度 VMESH, ALL !对块划分网格

ET, 4, TARGE170 !指定单元类型，用于创建接触对 ET, 5, CONTA174,,,,,1

KEYOPT, 5, 12, 1 !设置单元5接触表面无滑动 R, 10,,,0.1 !定义实常数，KFN==0.1 R, 11,,, 0.1 R, 12,,, 0.1

ASEL, S,,,40 !在钢板上表面和上辊表面建立接触对 NSLA, S, 1 NSEL, U, LOC, Z, 0.8, 1.1 MAT, 3 REAL, 10 TYPE, 4 ESURF ALLS ASEL, S,,, 3, 4, 1 NSLA, S, 1 NSEL, U, LOC, Z, 0.2,0.5 NSEL, U, LOC, Z, 0.8, 1.1 NSEL, U, LOC, Z,1.4, 1.7 MAT, 3 REAL, 10 TYPE, 5 ESURF ALLS

ASEL, S,,,39 ！在钢板下表面和左下辊表面建立接触对 NSLA, S, 1 NSEL, U, LOC, Z, 0.8, 1.1 MAT, 4 REAL, 11 TYPE, 4 ESURF ALLS ASEL, S,,, 27, 28, 1 NSLA, S, 1

NSEL, U, LOC, Z, 0.2, 0.5 NSEL, U, LOC, Z, 0.8, 1.1 NSEL, U, LOC, Z, 1.4, 1.7 MAT, 4 REAL, 11 TYPE, 5 ESURF ALLS ASEL, S,,, 39

NSLA, S, 1 !在钢板下表面和右下辊表面建立接触对 NSEL, U, LOC, Z, 0.8, 1.1 MAT, 4 REAL, 12 TYPE, 4 ESURF ALLS ASEL, S,,, 15, 16, 1 NSLA, S, 1 NSEL, U, LOC, Z,0.2,0.5 NSEL, U, LOC, Z,0.8,1.1 NSEL, U, LOC, Z,1.4,1.7 MAT, 4 REAL, 12 TYPE, 5 ESURF ALLS FINI

!首先模拟下辊不动，上辊下降

/SOLU !进入求解器 D, ALL, UZ !在所有节点点上施加约束 D, ALL, ROTX D, ALL, ROTY

NSEL, S, LOC, X !选择上辊轴线上的节点 NSEL, R, LOC, Y

D, ALL, UY, -0.03 !施加约束，上辊下降0.03m D, ALL, UX D, ALL, UZ ALLS

CSYS, 4 !激活工作平面坐标系 ASEL, S, LOC, Y, -2, 0.3/2 !选择下辊上的所有面 ASEL, U,,,39 NSLA, S, 1 !选择下辊上的所有节点 D, ALL, ALL !约束掉所有自由度 ALLS

ANTYPE, TRANS !瞬态分析 LNSRCH, ON !打开线性搜索 NLGEOM, ON !打开大变形选项 TIME, 1 !指定载荷步时问 AUTOT, ON !打开自动载荷步长 NSUBST, 15,20, 10 !指定子步数目 KBC, 0 !斜坡载荷

OUTRES, ALL, ALL !输出所有子步所有项旧的结果 SOLVE !解答 !以下模拟下辊转动，驱动钢板前进

CSYS, 4

ASEL, S, LOC, Y, -2, 0.3/2 !选择下辊上的所有面 ASEL,U,,,39

NSLA, S, 1 !选择下辊上的所有节点

DDELE, ALL, ALL !删除上一载荷步施加在下辊上的所有约束 ALLS

D, ALL, UZ !在所有节点上施加约束 D, ALL, ROTX D, ALL, ROTY