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铝材挤压过程分析（状态非线性问题）

1、问题描述

（1）问题的提出

在用模具挤压型材的过程中，可能由于模具先天设计不合理导致挤压型材从

模具口出来后产生一定程度的变形，如果变形超出许可程度，那么工作人员需要

进行修模或者重新设计模具。利用有限元分析软件可以预测型材和模具在挤压载

荷的作用下产生的变形和应力，设计人员可以通过计算结果，分析原因，并对模

具和挤压方式等进行改进。

（2）问题描述

如图1-1所示为金属铝坯料和挤压模具结构示意图，铝的应力应变关系如图

1-2所示，坯料与模具之间的摩擦因数为0.1，求挤压过程中坯料内部的应力场变

化。

坯料材料参数：

弹性模量：E=69MPa；泊松比：v=0.26。

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模具材料参数：

弹性模量：E=360MPa；泊松比：v=0.3。

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图1-1金属坯料和模具

图1-2铝的应力和应变关系

2、整体规划

该问题属于状态非线性大变形接触问题。在分析过程中根据轴对称性，选择

挤压式样和模具纵截面的1/2建立几何模型。

3、选择单元类型，定义材料性能

因为该问题属于接触问题，所以选择CONTA172接触单元和TARGE169目

标单元以及PLANE182结构单元进行求解。坯料材料参数：弹性模量：E=69MPa；

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泊松比：v=0.26。模具材料参数：弹性模量：E=360MPa；泊松比：v=0.3。

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TARGE169单元实常数设置如图2-1所示：

图3-1TARGE169单元实常数设置

4、创建几何模型

（1）通过坐标值生成矩形面，选择MainMenu/Preprocessor/Modeling/Create/Ar

eas/Rectangle/ByDimensions命令，在出现的对话框中输入点的坐标值分别为：

X1=0，Y1=0；X2=8E-3，Y2=0.05；X3=7E-3，Y3=-0.02；X4=0.025，Y4=-0.01。

得到如图4-1所示图形。

图4-1两个矩形面

（2）定义两个关键点，选择MainMenu/Preprocessor/Modeling/Create/Keypoints/In

ActiveCS命令，在出现的对话框中输入关键点编号分别为9，10，坐标值分别

为：（8E-3,0，0），（0.025，0，0）。结果如图4-2所示。

图4-1定义关键点

（3）将定义的两个关键点和下边小矩形的两个上顶点连成成直线段，输入Main

Menu/Preprocessor/Modeling/Create/Lines/Lines/StrainghtLine命令，结果如图4-3

所示。

图4-3将点连成线段

（4）通过线段定义面，输入MainMenu/Preprocessor/Modeling/Create/Areas/Arb

itrary/ByLines命令，选择线段，结果如图4-4所示，几何模型创建完成。

图4-4几何模型

5、网格划分

（1）采用映射法划分网格，在模型上边的矩形上，左右两个边的划分数为50，

上下两个边的划分数为4；对于模型下边的图形，三条横边的划分数为6，四条

竖边的划分数为10。网格划分结果如图5-1所示。然后分别将模型上边的坯料和

下边的模具材料设定为之前已经定义好的材料1铝和材料2模具。

图5-1网