2016年安徽工业大学有限元上机实验报告

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1、金属成型过程计算机模拟安徽工业大学上机实验报告专业材料成型及控制工程班级型132班姓名王玉娇学号139024061教师王会廷上机实验报告专业：材料成型及控制工程班级：型132班姓名：王玉娇学号：139024061实验名称：中厚板二辊粗轧第一道轧制过程数值模拟仿真指导教师：沈晓辉、王会廷、黄孝卿、丁朝辉、丁彬花、米迅、魏贤明等上机实验时间：2016年5月29日报告完成日期：2016年6月16日上机实验地点：冶金楼南513金属塑性成型数值模拟系统：硬件配置DELL3.0GCPU/2GRAM软件系统MSC.Autoforge3.1一、实验原理1.金属成型过程有限元分析的

2、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/

3、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

4、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：80rpm；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）。

5、2.要求用有限元法对轧制过程进行3-D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AutoForge3.1SP1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-DANALYSIS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

6、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。轧制线上轧辊图1(b)局部坐标系与轧辊在整体坐标系中的位置(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定义。局部坐标系由三点

7、确定，即按如下顺序依次输入三个点的整体坐标值：A.局部坐标系原点在整体坐标系中的坐标；B.局部坐标轴上一点在整体坐标系中的坐标；C.局部坐标轴上一点在整体坐标系中的坐标。一般情况下，可取。于是对本问题有如下三点：（0，492，0）、（0，493，0）和（-1，492，0）。点击MESHGENERATION，进入网格生成菜单组，即可进行几何描述和网格划分。以下是轧辊几何描述的操作步骤：MESHGENERATIONSETALIGN0，492，00，493，0-1，492，0RETURNRVSTYPELINERETURNPTSADDpoint（420，-1250，0）p

8、oint（