安徽工业大学材料成型专业课《塑性成型计算机模拟》上机实验报告.doc

金属成型过程数值模拟 上 机 实 验 报 告 (指导教师：李胜祗老师) 姓名：金杰灵 学号：109024445 班级：型102 上机实验时间：6月13日 金属成型过程数值模拟 上 机 实 验 报 告 专业：材料成型与控制工程 班级：型102 姓名：金杰灵 学号：109024445 指导教师：李胜祗、沈晓辉、万锋、邓世峰、汪甜甜、吕丹丹、白丽杨等 实验名称：中厚板二辊粗轧第一道轧制过程数值模拟仿真 上机实验时间： 第一次 2013年6月11日8：00 ~11 ：30 第二次 2013年6月13日14 ：30 ~18 ：00 第三次 2013年6月14日19 ：00 ~ 22 ：00 报告完成日期： 2013 年 6 月 15 日 上机实验地点：材料科学与工程学院计算机仿真实验室 金属塑性成型数值模拟系统：硬件配置 DELL 3.0G CPU/2.0G RAM 软件系统 MSC. Autoforge 3.1 一、实验原理 1.金属成型过程有限元分析的基本思想 基本原理是将求解未知场变量的连续介质体划分为有限单元，单元由节点连接，每个单元内用差值函数表示场变量，差值函数由节点的对应数值确定，单元之间的作用由节点传递，建立物理方程。将全部单元的差值函数集合成整体场变量的方程组，进行数值计算。 计算步骤 （1）连续介质的离散化 （2）选择差值函数 （3）进行单元分析 （4）集合成系统方程组 （5）求解方程组 （6）进行参数计算 2．MSC.Autoforge 功能简介 MSC.AutoForge是采用90年代最先进有限元网格和求解技术，快速模拟各种冷热锻造、挤压、轧制以及多步锻造等体成型过程的工艺制造专用软件。它综合了MSC.Marc/MENTAT通用分析软件求解器和前后处理器的精髓，以及全自动二维四边形网格和三维六面体网格自适应和重划分技术，实现对具有高度组合的非线性体成型过程的全自动数值模拟。其图形界面采用工艺工程师的常用术语，容易理解，便于运用。MSC.AutoForge提供了大量实用材料数据以供选用，用户也能够自行创建材料数据库备用。 MSC.AutoForge除了可完成全2D或全3D的成型分析外，还可自动将2D分析与3D分析无缝连接，大大提高对先2D后3D的多步加工过程的分析效率。利用MSC.AutoForge提供的结构分析功能，可对加工后的包含残余应力的工件进行进一步的结构分析，模拟加工产品在后续的运行过程中的性能，有助于改进产品加工工艺或其未来的运行环境。此外，作为体成型分析的专用软件，MSC.AutoForge为满足特殊用户的二次开发需求，提供了友好的用户开发环境 MSC.Autoforge分析步骤 （1）前处理。 （2）分析。 （3）后处理。 二、实验条件和要求 1.上机题目 中厚板二辊粗轧第一道轧制过程数值模拟仿真 已知参数如下： 轧辊直径：840mm，辊身长度：2500mm，转速：80 rpm； 轧件入口厚度：180mm，宽度：1800mm，长度：1000mm； 轧制方式：纵轧，压下量：36mm（20%）， 轧件材质：C22 开轧温度：1250℃（温度均匀）。 2. 要求 用有限元法对轧制过程进行3D弹塑性力学分析，并给出以下结果： （1）最终轧制状态图 （2）分析轧件最大宽展量（mm）并给出稳定轧制时的相对宽展量； （3）评估稳定轧制时的单位压力p（MPa）； （4）打印轧制力随时间的变化图，并指出最大轧制压力Pmax（kN）。 三、实验过程 1、有限元分析模型的建立 用鼠标双击桌面AutoForge 3.1 SP1图标，进入分析系统的主菜单，然后选择三维力学分析。 用鼠标左键点击3-D ANALYSIS中按钮MECHANICAL即可。进行上述操作后即进入三维力学分析的主菜单。 在弹出的窗口中指定自己的工作目录。 1.1 模型的几何描述 首先要确定成型系统有几个接触体。根据题目的性质，变形具有对称性（上下左右均对称），可取轧件横截面的1/4进行分析。这样，本系统可简化为三个几何体，即轧件（1/4）、上轧辊和推头。 进入分析系统后，当前的整体坐标系为系统默认的坐标系。可在图形区中见到X、Y、Z的方向。选定轧制方向为Z方向，宽度方向为X方向，而铅垂方向为Y向。 (1) 轧辊的描述 轧辊是一个旋转体，即这类几何体要绕自身轴线旋转。在MARC（AutoForget）中规定：旋转轴一定是局部坐标系的轴。因此要完成对轧辊的定义，首先要进行局部坐标系的