基于ABAQUS软件环件冷轧三维有限元仿真建模分析PPT课件
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基于ABAQUS软件 环件轧制三维有限元建模仿真分析
1
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总体概述
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2
一、三维建模--前处理 二、模拟分析--后处理
3
一、三维建模
1. 构建部件 2. 定义材料性能 3. 装配 4. 定义分析步 5. 定义接触 6. 定义载荷和边界 7. 定义网格 8. 建立任务
这些变量的输出结果来自于模型的一小部分区域，被写 入输出数据库的频率相对较高，用来在后处理模块中生成 XY图
57
场变量输出结果
这里的间隔数目可根据需 要来设置，同样输出变量 也可按情况选择，这些设 置不会影响计算精度，但 会 影 响 最 后 odb 文 件 的 大 小
58
历史变量输出结果
59
5. 定义接触
➢ 对于离散刚体，要在发生接触的部位划分足够细的网格；以保证 不出现大的尖角，而解析刚体则不需要
9
环件外径=68mm, 内径=48mm，高度=24mm 1. Extrusion：先作出底面形状，再沿轴向拉伸
(1) 输入圆心点
10
(2) 输入圆心直径一点坐标
11
(3) 同上操作，作外圆
12
(4) 沿轴向拉伸
定义接触特性 定义接触对
在ABAQUS中， 即使两个实体之间或一个装配件的 两个区域之间在空间位置上是互相接触的， ABAQUS/CAE也不会自动认为它们之间存在着接触 关 系 ， 所 以 必 须 在 Interaction 模 块 中 的 主 菜 单 Interaction来定义这种接触关系。而相互作用与分析 步有关，必须规定相互作用是在哪些分析步中起作用。
45
定义解析刚体表面
因为和环件接触的是外表
面，所以这里选择棕色
46
定义环件表面
按住“shift”， 就可选择多个 表面
47
定义环件表面
48
4. 定义分析步
设置分析步 ALE网格自适应划分设置 场输出定义
49
设置分析步
由于环件径向轧 制是个动态冷轧 过程，一般可理 想的认为是恒温 条件，因此分析 步类型选择“动 态，显示”
4
1. 构建部件
环件--变形体 轧辊--刚体
驱动辊 芯辊 导向辊
5
环件
6
Approximate size=200
Approximate size=1
7
0.2，0.2
0.2，-0.2
Approximate size=200
Approximate size=1
8
解析刚体（Analytical ）与离散刚体（Discrete)
53
ALE自适应网格划分设置
54
ALE自适应网格划分设置
源自文库55
ALE自适应网格划分设置
56
场输出定义
场变量输出结果（field output） 这些变量的输出结果来自于整个模型或模型的大部分区
域，被写入数据库的频率相对较低，用来在后处理模块中 生成云纹图、变形位移图、矢量图和XY图 历史变量输出结果（history output）
19
20
2. 定义材料性能
定义材料性能参数 赋予环件性能 定义刚体质量和转动惯量
21
定义材料性能参数
(1) 创建材料
22
(2) 定义材料性能 ➢ 密度 ➢ 弹性参数（弹性模量、柏松比） ➢ 塑性参数（应力-应变曲线）
23
24
真实应力
塑性应变
25
名义应力应变与真实应力应变
名义应力应变（工程应力应变）
输入拉伸高度
13
2. Revolution：先作出截面形状，再绕轴线旋转
(1) 作出方形截面：输入对角两点坐标
14
(2) 绕轴线旋转360°
15
轧辊（刚体）
1. Extrusion：圆弧不能超过180°
16
4段90°圆弧组成圆，再拉伸
17
2. Revolution：截面不能封闭
18
3. 创建参考点（用来代替刚体整体）
50
设置分析步
提示：在静态分析中，如果模型中不包含阻尼或与速率相关
的材料性质，“时间”就没有实际的物理意义，可以默认为
1
51
设置分析步
缩放因子的大小直接 决定了计算时长，取 值越大，则计算耗时 越短，但计算精度也 会降低，因此必须合 适选择
52
ALE自适应网格划分设置
和Deform软件在计算时一样，ABAQUS在计算时，同 样会自行对网格重划分，这样有利于得到更精确的结果， 也能很好的解决计算结果不收敛的问题。
30
质量 转动惯量
31
32
3. 装配
装配各组件 定义集合 定义表面
33
装配各组件
34
1. Translate Instance：指定移动矢量的起始点
35
1. Translate Instance：指定移动矢量的起点、终点 （可以在窗口中选取，也可直接输入点的坐标）
终点
起点
36
2. Rotate Instance：指定旋转轴及旋转角度
定义解析刚体集合
选中刚体的 参考点，中 键确认
42
定义环件集合
43
定义集合
44
定义表面
定义的平面是为了后续步骤中赋予接触面属性，在定 义刚体的表面时，会要你选择是内表面还是外表面， 并会有不同的颜色加以区分，需根据具体情况选择； 定义环件表面时，可以将环件全部表面选上，或者是 一个一个选择并定义
37
2. Rotate Instance：指定旋转轴及旋转角度 选取两点，
确定一起个点旋转轴
38
装配过程中可能需要查询某些点的坐标
39
40
定义集合
定义的集合实际上是边界和载荷的赋予对象，所以解 析刚体可以直接选择其参考点为集合，而环件则需将 选取对象设定为“cells”后，将整个环件都选上
41
➢ 形状简单的刚体部件，采用解析刚体，减小计算代价；形状复杂 的刚体部件，采用离散刚体
➢ 解析刚体仅用于建立壳或曲线，不能模拟任何形状的物体，当模 拟简单的刚体使用时，为接触分析提供刚性表面。 解析刚体不需要划分网格；离散刚体必须划分网格
➢ 解析刚体只输出和参考节点相关的结果（反作用力等），对于接触 问题如果要查看接触力、接触压力、切向滑移等结果，只能查看从 动面上的结果；离散刚体可以输出上述接触力、接触压力、切向滑 移等结果
名义应力：σ=P/A0 名义应变：ε=(L-L0)/L0
真实应力应变
真实应力：σ真=P/A=σ(1+ε) 名义应变：ε真=ln(1+ε)
塑性应变
塑性应变=真实应变-弹性应变
p lte lt/E
26
初始值必须为0
材料屈服强度 σs
27
赋予环件性能
28
29
定义刚体质量和转动惯量
具有平动自由度和转动自由度的刚体既要定义质量又要 定义转动惯量--芯辊 具有转动自由度的刚体只定义转动惯量—驱动辊
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一、三维建模--前处理 二、模拟分析--后处理
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一、三维建模
1. 构建部件 2. 定义材料性能 3. 装配 4. 定义分析步 5. 定义接触 6. 定义载荷和边界 7. 定义网格 8. 建立任务
这些变量的输出结果来自于模型的一小部分区域，被写 入输出数据库的频率相对较高，用来在后处理模块中生成 XY图
57
场变量输出结果
这里的间隔数目可根据需 要来设置，同样输出变量 也可按情况选择，这些设 置不会影响计算精度，但 会 影 响 最 后 odb 文 件 的 大 小
58
历史变量输出结果
59
5. 定义接触
➢ 对于离散刚体，要在发生接触的部位划分足够细的网格；以保证 不出现大的尖角，而解析刚体则不需要
9
环件外径=68mm, 内径=48mm，高度=24mm 1. Extrusion：先作出底面形状，再沿轴向拉伸
(1) 输入圆心点
10
(2) 输入圆心直径一点坐标
11
(3) 同上操作，作外圆
12
(4) 沿轴向拉伸
定义接触特性 定义接触对
在ABAQUS中， 即使两个实体之间或一个装配件的 两个区域之间在空间位置上是互相接触的， ABAQUS/CAE也不会自动认为它们之间存在着接触 关 系 ， 所 以 必 须 在 Interaction 模 块 中 的 主 菜 单 Interaction来定义这种接触关系。而相互作用与分析 步有关，必须规定相互作用是在哪些分析步中起作用。
45
定义解析刚体表面
因为和环件接触的是外表
面，所以这里选择棕色
46
定义环件表面
按住“shift”， 就可选择多个 表面
47
定义环件表面
48
4. 定义分析步
设置分析步 ALE网格自适应划分设置 场输出定义
49
设置分析步
由于环件径向轧 制是个动态冷轧 过程，一般可理 想的认为是恒温 条件，因此分析 步类型选择“动 态，显示”
4
1. 构建部件
环件--变形体 轧辊--刚体
驱动辊 芯辊 导向辊
5
环件
6
Approximate size=200
Approximate size=1
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0.2，0.2
0.2，-0.2
Approximate size=200
Approximate size=1
8
解析刚体（Analytical ）与离散刚体（Discrete)
53
ALE自适应网格划分设置
54
ALE自适应网格划分设置
源自文库55
ALE自适应网格划分设置
56
场输出定义
场变量输出结果（field output） 这些变量的输出结果来自于整个模型或模型的大部分区
域，被写入数据库的频率相对较低，用来在后处理模块中 生成云纹图、变形位移图、矢量图和XY图 历史变量输出结果（history output）
19
20
2. 定义材料性能
定义材料性能参数 赋予环件性能 定义刚体质量和转动惯量
21
定义材料性能参数
(1) 创建材料
22
(2) 定义材料性能 ➢ 密度 ➢ 弹性参数（弹性模量、柏松比） ➢ 塑性参数（应力-应变曲线）
23
24
真实应力
塑性应变
25
名义应力应变与真实应力应变
名义应力应变（工程应力应变）
输入拉伸高度
13
2. Revolution：先作出截面形状，再绕轴线旋转
(1) 作出方形截面：输入对角两点坐标
14
(2) 绕轴线旋转360°
15
轧辊（刚体）
1. Extrusion：圆弧不能超过180°
16
4段90°圆弧组成圆，再拉伸
17
2. Revolution：截面不能封闭
18
3. 创建参考点（用来代替刚体整体）
50
设置分析步
提示：在静态分析中，如果模型中不包含阻尼或与速率相关
的材料性质，“时间”就没有实际的物理意义，可以默认为
1
51
设置分析步
缩放因子的大小直接 决定了计算时长，取 值越大，则计算耗时 越短，但计算精度也 会降低，因此必须合 适选择
52
ALE自适应网格划分设置
和Deform软件在计算时一样，ABAQUS在计算时，同 样会自行对网格重划分，这样有利于得到更精确的结果， 也能很好的解决计算结果不收敛的问题。
30
质量 转动惯量
31
32
3. 装配
装配各组件 定义集合 定义表面
33
装配各组件
34
1. Translate Instance：指定移动矢量的起始点
35
1. Translate Instance：指定移动矢量的起点、终点 （可以在窗口中选取，也可直接输入点的坐标）
终点
起点
36
2. Rotate Instance：指定旋转轴及旋转角度
定义解析刚体集合
选中刚体的 参考点，中 键确认
42
定义环件集合
43
定义集合
44
定义表面
定义的平面是为了后续步骤中赋予接触面属性，在定 义刚体的表面时，会要你选择是内表面还是外表面， 并会有不同的颜色加以区分，需根据具体情况选择； 定义环件表面时，可以将环件全部表面选上，或者是 一个一个选择并定义
37
2. Rotate Instance：指定旋转轴及旋转角度 选取两点，
确定一起个点旋转轴
38
装配过程中可能需要查询某些点的坐标
39
40
定义集合
定义的集合实际上是边界和载荷的赋予对象，所以解 析刚体可以直接选择其参考点为集合，而环件则需将 选取对象设定为“cells”后，将整个环件都选上
41
➢ 形状简单的刚体部件，采用解析刚体，减小计算代价；形状复杂 的刚体部件，采用离散刚体
➢ 解析刚体仅用于建立壳或曲线，不能模拟任何形状的物体，当模 拟简单的刚体使用时，为接触分析提供刚性表面。 解析刚体不需要划分网格；离散刚体必须划分网格
➢ 解析刚体只输出和参考节点相关的结果（反作用力等），对于接触 问题如果要查看接触力、接触压力、切向滑移等结果，只能查看从 动面上的结果；离散刚体可以输出上述接触力、接触压力、切向滑 移等结果
名义应力：σ=P/A0 名义应变：ε=(L-L0)/L0
真实应力应变
真实应力：σ真=P/A=σ(1+ε) 名义应变：ε真=ln(1+ε)
塑性应变
塑性应变=真实应变-弹性应变
p lte lt/E
26
初始值必须为0
材料屈服强度 σs
27
赋予环件性能
28
29
定义刚体质量和转动惯量
具有平动自由度和转动自由度的刚体既要定义质量又要 定义转动惯量--芯辊 具有转动自由度的刚体只定义转动惯量—驱动辊