数值模拟技术三级项目资料Word格式文档下载.docx

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；

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MechanicalAPDLProductLauncher16.2，在弹出的对话框中，选择保存文件目录为：

“E:

\ansys\jieguo”，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：

MainMenu>

Preprocessor>

Modeling>

Create>

Areas>

Arbitrary>

ByLines，弹出“CreatAreas”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：

MainMenu>

Preprocessor>

Elementtype>

Add/Edit/Delete,弹出一个对话框，单击“Add”，又弹出一个“LibraryofElementType”对话框，在“LibraryofElementType”左面的列表栏中选择“NotSolved”，在其右面的列表栏中选择“Meshfacet200”，单击“Apply”。

图1.3.1

图1.3.2

继续添加solidQuad4node182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QUAD4-NODE，点击ok。

图1.3.4

（2）定义材料属性：

MaterialProps>

MaterialModels，弹出“DefineMaterialBehavior”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“LinearIsotropicPropertiesforMaterialNumber1”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“ＯＫ”，关闭该对话框。

图1.3.5

4、生成有限元分析网格

（1）对支承辊截面进行网格划分：

Meshing>

MeshTool，弹出“MeshTool”对话框，选取智能网格划分”SmartSize”,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“MeshAreas”对话框中，选择要划分的面，单击“OK”，自动对平面进行网格划分，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：

Operate>

Extrude>

ElemExtOpts，弹出“ElementExtrusionOptions”对话框，在TYPE栏选择“2SOLOD45”，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：

AboutAxis，弹出“SweepAreas”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1.4.5

5、施加载荷并求解

（1）定义分析类型：

Solution>

AnalysisType>

NewAnalysis，选择“Static”,单击“OK”。

图1.5.1

（2）在面上施加约束载荷：

Apply>

Structural>

Pressure>

OnAreas，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“ApplyPRESonareas”,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：

Displacement>

SymmetryB.C>

Onareas，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）在面上施加位移约束：

OnNode，选取支承辊对称面上的中心点，弹出“ApplyU’ROTonarea”，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：

Force/Moment>

OnNodes，选择支承辊一侧面，如图所示，弹出“ApplyF/MonNodes”对话框，在Lab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：

Solve>

CurrentLS，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“Solutionisdone”的提示后，表示计算结束，单击“Close”关闭提示框。

图1.5.9.1

6、查看结果

（1）显示变形形状：

GeneralPostproc>

PlotReasults>

Deformedshape，弹出如图所示的对话框，在其中“ItemstobePlotted”选项中，选择“Defshapeonly”，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VonMises应力结果和Y方向的位移：

ContourPlot>

NodalSolu，弹出一个对话框，在“ContourNodalSolutionData”对话框的第一栏“ItemstobePlotted”的第一栏中选择“Stress”，在第二栏中选择“vonMisesstress”，点击“OK”，生成如图结果，然后，在“ItemstobePlotted”的第一栏中选择“DOFSolution”，在第二栏中选择“Y-Componentofdisplacement”，点击“OK”，生成如图结果。

图1.6.2等效应力云图

图1.6.3

Y向位移分量云图

支承辊中心线挠度：

定义路径：

PathOperations>

DefinePath>

ByNodes，选取支承辊中心线上的2个节点，点击ok

3

2

1

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。

MapontoPath,选取自由度计算结果UY

绘制结果：

PlotPathItem>

OnGraph，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

定义工作文件名：

\ansys\jieguo”，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：

ElementType>

Add/Edit/Delete，弹出“ElementTypes”对话框，单击“Add”，添加单元类型，在类型中选择Solid>

Quad4node42，单击“OK”，“ElementTypes”对话框显示“Type1Plane42”，单击“Options”，在K3栏选择“Planestrsw/thk”，单击“OK”，在“ElementTypes”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

MaterialProps>

MaterialModels，弹出“DefineMaterialModelBehavior”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0.3，单击“OK”，关闭对话框，完成设置。

（3）定义剪切模量：

Nonlinear>

Inelastic>

RateIndependent>

IsotropicHardeningPlastic>

MisesPlasticity>

Bilinear，弹出“BilinearIsotropicHardeningforMaterial”对话框，在YieldStss行输入“235”，在TangMod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：

Circle>

SolidCircle，弹出对话框“SolidCircle”，在WPX行中输入“0”，在WPY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：

Move/Modify>

Areas，弹出“MoveAreas”对话框，选择圆面，单击“OK”，弹出“MoveAreas”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：

MainMenu>

Rectangle>

ByDimensions，弹出“CreateRectangleByDimensions”对话框，在X1，X2行中分别输入“0”和“-100”，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：

MeshTool，弹出“MeshTool”对话框，在Global栏中单击“Set”，弹出“GlobalElementSizes”对话框，在SIZE栏中输入“2.5”，单击“OK”，返回“MeshTool”对话框，点击“Mesh”，选择轧件，在“MeshArea”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长度网格划分：

MeshTool，弹出“MeshTool”对话框，在Lines栏中单击“Set”，选择轧辊边线，在弹出的“ElementSizesonLines”对话框中单击“OK”，弹出“ElementSizesonPickedLines”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：

ContactPair，弹出“ContactManage”对话框，点击新建按钮，弹出“ContactWizard”对话框，在TargetSurface栏中选中“Lines”，在TargetType栏中选中“Rigidw/Pilot”，单击“PickTarget”，选择轧辊的接触边线，在Select对话框中单击“OK”，然后单击“ContactManage”对话框中“Next”，在ContactSurface栏中选中“Lines”，在ContactElementType栏中选中“Surface-to-Surface”，单击“PickTarget”，选择轧件的接触面边线，在Select对话框中单击“OK”，然后单击“ContactManage”对话框中“Next”，在CoefficientofFrictior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：

Sol’nControls，弹出“SolutionControls”对话框，求解控制基本设置中，其中AnalysisOptions选择“LargeDisplacementStatic”，TimeControl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：

Solution>

DefineLoads>

Apply>

Structural>

Displacement>

OnNode，弹出“ApplyU，ROTonNode”对话框，选择轧辊中心点，单击“OK”，弹出“ApplyU，ROTonNode”对话框，选择“UY”，在VALUEdisplacementvalue栏中输入“-1.5”，单击“OK”，加载如图所示位移约束。

图2.6.2对轧辊施加Y方向位移约束

（3）施加位移边界条件：

OnLines，弹出“ApplyU，ROTonLines”对话框，选择轧件底边线，单击“OK”，弹出“ApplyU，ROTonLines”对话框，选择“UY”，在VALUEdisplacementvalue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：

SymmetryB.C>

OnLines，弹出“ApplyU，ROTonLines”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：

WriteLSFile，在对话框“WriteLoadStepFile”上的Loadstepfilenumbern栏输入“1”，单击“OK”。

图2.6.5生成载荷步文件

（6）施加位移边界条件：

OnNode，弹出“ApplyU，ROTonNode”对话框，选择轧辊中心点，单击“OK”，弹出“ApplyU，ROTonNode”对话框，选择“ROTZ”，在VALUEdisplacementvalue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：

图2.6.7施加对称位移约束

7生成载荷步文件

WriteLSFile，在对话框“WriteLoadStepFile”上的Loadstepfilenumbern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

Solve>

FromLSFile，在对话框“SolveLoadStepFile”上的StartingLSfilenumber栏输入“1”，在EndingLSfilenumber栏输入“2”，单击“OK”，进行求解运算，直到弹出“Solutionisdone”对话框，单击“Close”，完成计算。

图2.8.1设置载荷步求解

9、结果后处理

（1）查看变形结果：

GeneralPostproc>

PlotResults>

DeformedShape，弹出“PlotDeformedShape”对话框，选择“Def”选项，单击“OK”，显示变形后的图形。

查看受力后工件所受X方向应力和等效应力分布情况。

ContourPlot>

NodalSolu，弹出“ContourNodalSolutionData”对话框，选择stress>

X-Componentsofstress，单击“OK”，生成X方向应力分布图，选择stress>

vonMisesstress，单击“OK”，生成米赛斯等效应力分布图，选择PlasticStrain>

vonMisesPlasticStrain，单击“OK”，生成米赛斯塑性等效应变分布图。

图2.9.1查看变形后的结果

图2.9.2后处理节点结果应力提取

图2.9.3后处理节点结果应变提取

图2.9.4米赛斯等效应力分布图

图2.9.5米赛斯塑性等效应变分布图

三小组分工

戴华平裴泽宇韦志行：

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。

谢世豪罗湘粤：

1.word编辑；

2.信息分析及图片采集。

四感想

通过此次ansys三级项目,我们有很多的感触和收获，同时也学到了许多书本上没有的知识。

首先,加深了对这门课程的了解。

平时我们对本课程理论只有一个大致的认识,并没有学会真正学会怎样用学到的具体原理解决实际问题。

此次项目的实施很好的锻炼了我们，让我们掌握了ansys这个软件的使用方法，为我们以后的学习，工作打下了良好的基础。

我们对团队合作的重要性有了更加深刻的体会。

一个人不可能完成所有的工作，只有大家齐心合力，各尽所长，才能最终圆满的完成任务。