数值模拟技术三级项目

1、 数值模拟技术三级项目 学 院：机械工程学院班 级：轧钢一班小组成员：戴华平 裴泽宇 谢世豪 罗湘粤 韦志行指导教师：戚向东完成时间：2016年6月28日目录一 3500四辊轧机支承辊弯曲强度分析21、定义工作文件名及工作标题22、建立几何模型33、定义单元类型和材料属性34、生成有限元分析网格65、施加载荷并求解106、查看结果16二 3500四辊轧机轧制过程分析211、定义工作文件名及工作标题212、单元类型和材料属性设置213、几何建模244、网格划分265、建立接触对286、施加边界条件和求解计算327生成载荷步文件388求解载荷步文件389、结果后处理39三 小组分工42四 感想43

2、 数值模拟技术三级项目任务书 专业（班级）: 轧钢13-1分析题目1. 3500四辊轧机支承辊弯曲强度分析；2. 3500四辊轧机轧制过程有限元分析；项目组成员戴华平 裴泽宇 谢世豪 罗湘粤 韦志行技术参数最大轧制力：7000吨；轧辊材料：9Cr2Mo，许用应力；轧辊参数：见图纸；压下螺丝中心距：见图纸轧件入口厚度：80mm轧件出口厚度：60mm轧件宽度：2800mm轧件材料：Q345分析要求1.对轧辊进行合理网格划分，以及边界条件、载荷的施加，给出轧辊内的应力分布以及最大应力值、发生位置，校核轧辊是否满足强度要求，给出轧辊中心挠曲曲线。2. 不考虑温度与宽展影响，按照平面应变问题建立轧制过程

3、分析模型，轧辊作为刚性辊，给出轧制变形区的压力分布、中性点位置，并计算总轧制力和轧制力矩。一 3500四辊轧机支承辊弯曲强度分析1、定义工作文件名及工作标题 定义工作文件名：运行Mechanical APDL Product Launcher 16.2，在弹出的对话框中，选择保存文件目录为：“E:ansysjieguo”，输入工作文件名为“2016062801”，单击“RUN”。 图1.1.1 创建文件2、建立几何模型 生成面：Main Menu> Preprocessor> Modeling> Create> Areas> Arbitrary> By Li

4、nes，弹出“Creat Areas”对话框，选择所有的边线，单击“OK”，生成如图所示平面。图1.2.1 生成几何面3、定义单元类型和材料属性（1）定义单元类型：Main Menu > Preprocessor > Element type > Add/Edit/Delete,弹出一个对话框，单击“Add”，又弹出一个“Library of Element Type”对话框，在“Library of Element Type”左面的列表栏中选择“Not Solved”，在其右面的列表栏中选择“Mesh facet 200”， 单击“Apply”。图1.3.1图1.3.2继续

5、添加solid Quad 4 node182单元，点击ok。 图 1.3.3设置mesh200单元options，单元形状和节点数K1设置为QUAD 4-NODE，点击ok。图 1.3.4（2）定义材料属性：Main Menu > Preprocessor > Material Props > Material Models，弹出“Define Material Behavior”对话框，如图所示，在其右边的栏中，连续双击“Structural > Linear > Elastic > Isotropic”后，出现一个“Linear Isotropic Pr

6、operties for Material Number 1”对话框，如图所示，在“EX”后面的输入栏中输入“2.1e5”，在PRXY后面的栏中输入“0.3”，单击“”，关闭该对话框。图 1.3.54、生成有限元分析网格（1）对支承辊截面进行网格划分：Main Menu> Preprocessor> Meshing >MeshTool，弹出“MeshTool”对话框，选取智能网格划分”Smart Size”, 自动划分网格等级选择4，划分对象设置为Areas，点击mesh。图 1.4.1弹出 “Mesh Areas”对话框中，选择要划分的面，单击“OK”，自动对平面进行网格划

7、分，生成如图所示的图形。出现的警告对话框关闭即可。图 1.4.2（2）由平面网格拉伸为体网格。设置网格单元选项：Main Menu> Preprocessor> Modeling> Operate> Extrude> Elem Ext Opts，弹出“Element Extrusion Options”对话框，在TYPE栏选择“2 SOLOD45”，在VAL1栏输入“10”，在ACLEAR栏单击“Yes”，单击“OK”，设置完成。图 1.4.3沿轴向延伸面：Main Menu> Preprocessor> Modeling> Operate>

8、; Extrude> Areas> About Axis，弹出“Sweep Areas”对话框，选择要延伸的面，单击“Apply”，接着选择要延伸轴线上的两个点，单击“OK”，弹出对话框，在ARC栏填入“180”，单击“OK”，生成如图所以图形。图 1.4.4图 1.4.55、施加载荷并求解（1）定义分析类型：Main Menu > Solution > Analysis Type > New Analysis，选择“Static”,单击“OK”。 图 1.5.1（2）在面上施加约束载荷：Main Menu > Solution > Apply >

9、; Structural > Pressure > On Areas，首先选择支承辊接触面的区域进行加载，单击“Apply”，出现对话框“Apply PRES on areas”,在VALUE处输入力的大小为轧制力P/4/作用面面积。 图 1.5.2图 1.5.3图 1.5.4（3）在面上设置对称条件：Main Menu > Solution > Apply > Structural > Displacement > Symmetry B.C > On areas，选择支承辊的对称面（共5个），如图所示，即可完成设置。图 1.5.5（4）在面上施

10、加位移约束：Main Menu > Solution > Apply > Structural > Displacement > On Node，选取支承辊对称面上的中心点，弹出“Apply UROT on area”，选择UY的VALUE值为0，单击“OK”。 图 1.5.6 图 1.5.7（5）在节点上施加力：Main Menu > Solution > Apply > Structural > Force/Moment > On Nodes，选择支承辊一侧面，如图所示，弹出“Apply F/M on Nodes”对话框，在Lab

11、行选择“FY”，在VALUE行输入“-轧制力/4/节点数”，单击“OK”，可得如图所示图形。 图 1.5.8.1 图 1.5.8.2 图 1.5.8.3（5）求解计算：Main Menu > Solution > Solve > Current LS，弹出一个检查信息窗口，浏览完信息并确认无误后，单击“File > Close”关闭信息窗口，又单击对话框上的“OK”，系统将开始分析计算，当在显示器的左上角出现一个“Solution is done”的提示后，表示计算结束，单击“Close”关闭提示框。 图 1.5.9.16、查看结果（1）显示变形形状：Main Menu

12、 > General Postproc > Plot Reasults > Deformed shape，弹出如图所示的对话框，在其中“Items to be Plotted”选项中，选择“Def shape only”，单击对话框上的“OK”，其显示结果如图所示。图1.6.1 显示变形结果（2）显示Von Mises应力结果和Y方向的位移：Main Menu > General Postproc > Plot Reasults > Contour Plot > Nodal Solu，弹出一个对话框，在“Contour Nodal Solution D

13、ata”对话框的第一栏“Items to be Plotted” 的第一栏中选择“Stress”，在第二栏中选择“von Mises stress”，点击“OK”，生成如图结果，然后，在“Items to be Plotted”的第一栏中选择“DOF Solution”，在第二栏中选择“Y-Component of displacement”，点击“OK”，生成如图结果。 图 1.6.2等效应力云图图 1.6.3Y向位移分量云图支承辊中心线挠度：定义路径：Main Menu > General Postproc >Path Operations>Define Path>

14、By Nodes，选取支承辊中心线上的2个节点，点击ok3211输入路径名：br_c，点击ok，关闭弹出的窗口。将结果映射到所定义的path上。Main Menu > General Postproc >Path Operations>Map onto Path,选取自由度计算结果UY绘制结果：Main Menu > General Postproc >Path Operations>Plot Path Item>On Graph，选取刚才定义的UY。 图 1.6.8 图 1.6.9二 3500四辊轧机轧制过程分析1、定义工作文件名及工作标题 定义工作

15、文件名：运行Mechanical APDL Product Launcher 16.2，在弹出的对话框中，选择保存文件目录为：“E:ansysjieguo”，输入工作文件名为“2016062802”，单击“RUN”。2、单元类型和材料属性设置（1）定义单元类型和选项：Main Menu> Preprocessor> Element Type> Add/Edit/Delete，弹出“Element Types”对话框，单击“Add”，添加单元类型，在类型中选择Solid>Quad 4node 42，单击“OK”， “Element Types”对话框显示“Type1 Pl

16、ane42”，单击“Options”，在K3栏选择“Plane strs w/thk”，单击“OK”，在“Element Types”对话框中单击“Close”，完成设置。图 2.2.1 单元设置 图2.2.2 单元行为选项设置（2）定义材料属性：Main Menu> Preprocessor> Material Props> Material Models，弹出“Define Material Model Behavior”对话框，点击Structural>Linear>Elastic>Isotropic，弹出对话框，在EX栏输入2.1E5，PRXY栏输入

17、0.3，单击“OK”，关闭对话框，完成设置。（3）定义剪切模量：Main Menu> Preprocessor> Material Props> Material Models，弹出“Define Material Model Behavior”对话框，点击Structural> Nonlinear> Inelastic> Rate Independent> Isotropic Hardening Plastic> Mises Plasticity> Bilinear，弹出“Bilinear Isotropic Hardening for

18、Material”对话框，在Yield Stss行输入“235”，在Tang Mod行输入“1000”，单击“OK”，完成设置。 图 2.2.3 定义材料属性3、几何建模（1）创建轧辊：Main Menu> Preprocessor> Modeling> Create> Areas> Circle> Solid Circle，弹出对话框“Solid Circle”，在WP X行中输入“0”， 在WP Y行中输入“0”，在Radius行中输入“400”，单击“OK”，生成如图7.137所示图形。（2）移动轧辊：Main Menu> Preprocesso

19、r> Modeling> Move / Modify> Areas> Areas，弹出“Move Areas”对话框，选择圆面，单击“OK”，弹出“Move Areas”对话框，在DY行中输入“405”，单击“OK”，使轧辊上移。 图 2.3.1 几何建模（3）创建轧件： Main Menu> Preprocessor> Modeling> Create> Areas> Rectangle> By Dimensions，弹出“Create Rectangle By Dimensions”对话框，在X1，X2行中分别输入“0”和“-10

20、0”， 在Y1，Y2行中分别输入“0”和“5”，单击“OK”，如图7.139所示。图2.3.2 创建轧件4、网格划分 （1）轧件网格划分：Main Menu> Preprocessor> Meshing >Mesh Tool，弹出“Mesh Tool”对话框，在Global栏中单击“Set”，弹出“Global Element Sizes”对话框，在SIZE栏中输入“2.5”，单击“OK”，返回“Mesh Tool”对话框，点击“Mesh”，选择轧件，在“Mesh Area”对话框中，点击“OK”，完成对轧件的网格划分。图2.4.1 轧件单元网格划分（2）轧辊表面即周边的单元

21、长度网格划分：Main Menu> Preprocessor> Meshing > Mesh Tool，弹出“Mesh Tool”对话框，在Lines栏中单击“Set”，选择轧辊边线，在弹出的“Element Sizes on Lines”对话框中单击“OK”，弹出“Element Sizes on Picked Lines”对话框，在SIZE栏中输入“2.5”，点击“OK”，完成对轧辊表面的网格划分。图2.4.2 轧辊表面单元的网格划分5、建立接触对 建立接触对：Main Menu> Preprocessor> Modeling> Create> C

22、ontact Pair，弹出“Contact Manage”对话框，点击新建按钮，弹出“Contact Wizard”对话框，在Target Surface栏中选中“Lines”，在Target Type栏中选中“Rigid w/Pilot”，单击“Pick Target”，选择轧辊的接触边线，在Select对话框中单击“OK”，然后单击“Contact Manage”对话框中“Next”，在Contact Surface栏中选中“Lines”，在Contact Element Type栏中选中“Surface-to-Surface”，单击“Pick Target”，选择轧件的接触面边线，在S

23、elect对话框中单击“OK”， 然后单击“Contact Manage”对话框中“Next”，在Coefficient of Frictior中输入“0.1”，单击“Creat”，弹出提示框，单击“Finish”，生成接触对。 图 2.5.1 建立接触对过程6、施加边界条件和求解计算（1）求解控制设置：Main Menu> Solution > Analysis Type >Sol n Controls，弹出“Solution Controls”对话框，求解控制基本设置中，其中Analysis Options选择“Large Displacement Static”，Tim

24、e Control选择时间步1、自动时间步长和子步数以及每10步存储一次结果等设置。 图2.6.1求解控制设置（2）施加位移边界条件：Main Menu> Solution> Define Loads> Apply> Structural> Displacement> On Node，弹出“Apply U，ROT on Node”对话框，选择轧辊中心点，单击“OK”，弹出“Apply U，ROT onNode”对话框，选择“UY”，在VALUE displacement value栏中输入“-1.5”，单击“OK”，加载如图所示位移约束。 图2.6.2 对轧

25、辊施加Y方向位移约束（3）施加位移边界条件：Main Menu> Solution> Define Loads> Apply> Structural> Displacement> On Lines，弹出“Apply U，ROT on Lines”对话框，选择轧件底边线，单击“OK”，弹出“Apply U，ROT on Lines”对话框，选择“UY”，在VALUE displacement value栏中输入“0”，单击“OK”，加载如图所示位移约束。图2.6.3 对轧件施加Y方向位移约束（4） 施加对称边界条件：Main Menu> Solution

26、> Define Loads> Apply> Structural> Displacement> Symmetry B.C> On Lines，弹出“Apply U，ROT on Lines”对话框，选择对称边线，单击“OK”，加载如图所示对称约束。 图2.6.4 施加对称位移约束（5）生成载荷步文件：Main Menu> Solution> Write LS File，在对话框“Write Load Step File”上的Load step file number n栏输入“1”，单击“OK”。图2.6.5 生成载荷步文件（6）施加位移边界条

27、件：Main Menu> Solution> Define Loads> Apply> Structural> Displacement> On Node，弹出“Apply U，ROT on Node”对话框，选择轧辊中心点，单击“OK”，弹出“Apply U，ROT onNode”对话框，选择“ROTZ”，在VALUE displacement value栏中输入“0.3”，单击“OK”，加载如图所示位移约束。 图2.6.6 对轧辊施加转动位移约束（7）施加对称边界条件：Main Menu> Solution> Define Loads>

28、 Apply> Structural> Displacement> Symmetry B.C> On Lines，弹出“Apply U，ROT on Lines”对话框，选择对称边线，单击“OK”，加载如图所示对称约束。图2.6.7施加对称位移约束 7生成载荷步文件Main Menu> Solution> Write LS File，在对话框“Write Load Step File”上的Load step file number n栏输入“2”，单击“OK”。图2.7.1生成载荷步文件 8求解载荷步文件Main Menu> Solution> Solve> From LS File，在对话框“Solve Load Step File”上的Starting LS file number栏输入“1”，在Ending LS fi