应力及变形情况的有限元分析实例研究

前面已述，对加工过程仿真是一个复杂的系统工程，需要众多软件系统支持，但是对于其中的某个环节进行验证和检验大可不必这么复杂。以下对一轧制模型进行加工过程仿真，判断可加工性及应力分布情况。

（1）问题描述 如图10-7所示轧制图形，轧件以一定的初速度送入孔形轧辊，在摩擦力的作用下轧出。轧件的断面尺寸为70mm×70mm。仿真目标：用加工过程可视化方法判断可轧制性及轧制过程中的应力分布。

（2）研究方法 因为本实例主要用于求解应力及变形情况，因此可采用有限元分析软件ANSYS，轧制过程中由于轧件发生很大的永久性变形，因此属于强非线性问题。ANSYS的LS-DYNA可以解决此类问题。加工过程可视化仿真过程如下：

1）创建有限元模型。包括选择单元类型、定义材料属性、创建轧辊、轧件实体模型等，完成后对模型进行单元划分，最终成为图10-7所示的有限元模型。

2）定义接触。轧件与轧辊通过接触，产生接触应力使轧件变形。

3）添加约束。使轧辊中心线及轧件水平方向保持不动，即添加零约束。

4）进行仿真求解。选择合适的求解器进行求解。(www.xing528.com)

图10-7 轧制图形（有限元模型）

图10-8 轧制过程及应力分布情况

需要说明的是，为了减少计算时间，可采用模型的1/4进行研究，这并不影响最终结果。

（3）结果分析 结果分析主要包括分析变形情况、确定可轧制性、应力分布情况、判断轧制过程中的应力变化，这对于选择合适的轧辊材料有着重要意义。进入ANSYS后处理程序进行分析求解，图10-8为轧制过程及应力分布情况。从图中可以看出，轧辊可以对现有材料进行轧制操作。