1、數值模擬技術三級項目學 院：機械工程學院班 級：軋鋼一班小組成員：戴華平 裴澤宇 謝世豪 羅湘粵 韋志行指導教師：戚向東完成時間：2016年6月28日目錄一 3500四輥軋機支承輥彎曲強度分析21、定義工作文件名及工作標題22、建立幾何模型33、定義單元類型和材料屬性34、生成有限元分析網格65、施加載荷并求解106、查看結果16二 3500四輥軋機軋制過程分析211、定義工作文件名及工作標題212、單元類型和材料屬性設置213、幾何建模244、網格劃分265、建立接觸對286、施加邊界條件和求解計算327生成載荷步文件388求解載荷步文件389、結果后處理39三 小組分工42四 感想43 數

2、值模擬技術三級項目任務書 專業（班級）: 軋鋼13-1分析題目1. 3500四輥軋機支承輥彎曲強度分析；2. 3500四輥軋機軋制過程有限元分析；項目組成員戴華平 裴澤宇 謝世豪 羅湘粵 韋志行技術參數最大軋制力：7000噸；軋輥材料：9Cr2Mo，許用應力；軋輥參數：見圖紙；壓下螺絲中心距：見圖紙軋件入口厚度：80mm軋件出口厚度：60mm軋件寬度：2800mm軋件材料：Q345分析要求1.對軋輥進行合理網格劃分，以及邊界條件、載荷的施加，給出軋輥內的應力分布以及最大應力值、發生位置，校核軋輥是否滿足強度要求，給出軋輥中心撓曲曲線。2. 不考慮溫度與寬展影響，按照平面應變問題建立軋制過程分析

3、模型，軋輥作為剛性輥，給出軋制變形區的壓力分布、中性點位置，并計算總軋制力和軋制力矩。一 3500四輥軋機支承輥彎曲強度分析1、定義工作文件名及工作標題 定義工作文件名：運行Mechanical APDL Product Launcher 16.2，在彈出的對話框中，選擇保存文件目錄為：“E:ansysjieguo”，輸入工作文件名為“2016062801”，單擊“RUN”。 圖1.1.1 創建文件2、建立幾何模型 生成面：Main Menu> Preprocessor> Modeling> Create> Areas> Arbitrary> By Line

4、s，彈出“Creat Areas”對話框，選擇所有的邊線，單擊“OK”，生成如圖所示平面。圖 生成幾何面3、定義單元類型和材料屬性（1）定義單元類型：Main Menu > Preprocessor > Element type > Add/Edit/Delete,彈出一個對話框，單擊“Add”，又彈出一個“Library of Element Type”對話框，在“Library of Element Type”左面的列表欄中選擇“Not Solved”，在其右面的列表欄中選擇“Mesh facet 200”， 單擊“Apply”。圖繼續添加solid Quad 4 nod

5、e182單元，點擊ok。設置mesh200單元options，單元形狀和節點數K1設置為QUAD 4-NODE，點擊ok。圖（2）定義材料屬性：Main Menu > Preprocessor > Material Props > Material Models，彈出“Define Material Behavior”對話框，如圖所示，在其右邊的欄中，連續雙擊“Structural > Linear > Elastic > Isotropic”后，出現一個“Linear Isotropic Properties for Material Number 1”對

6、話框，如圖所示，在“EX”后面的輸入欄中輸入“2.1e5”，在PRXY后面的欄中輸入“0.3”，單擊“”，關閉該對話框。圖4、生成有限元分析網格（1）對支承輥截面進行網格劃分：Main Menu> Preprocessor> Meshing >MeshTool，彈出“MeshTool”對話框，選取智能網格劃分”Smart Size”, 自動劃分網格等級選擇4，劃分對象設置為Areas，點擊mesh。圖彈出 “Mesh Areas”對話框中，選擇要劃分的面，單擊“OK”，自動對平面進行網格劃分，生成如圖所示的圖形。出現的警告對話框關閉即可。圖（2）由平面網格拉伸為體網格。設置網

7、格單元選項：Main Menu> Preprocessor> Modeling> Operate> Extrude> Elem Ext Opts，彈出“Element Extrusion Options”對話框，在TYPE欄選擇“2 SOLOD45”，在VAL1欄輸入“10”，在ACLEAR欄單擊“Yes”，單擊“OK”，設置完成。沿軸向延伸面：Main Menu> Preprocessor> Modeling> Operate> Extrude> Areas> About Axis，彈出“Sweep Areas”對話框，選擇要

8、延伸的面，單擊“Apply”，接著選擇要延伸軸線上的兩個點，單擊“OK”，彈出對話框，在ARC欄填入“180”，單擊“OK”，生成如圖所以圖形。5、施加載荷并求解（1）定義分析類型：Main Menu > Solution > Analysis Type > New Analysis，選擇“Static”,單擊“OK”。（2）在面上施加約束載荷：Main Menu > Solution > Apply > Structural > Pressure > On Areas，首先選擇支承輥接觸面的區域進行加載，單擊“Apply”，出現對話框“Appl

9、y PRES on areas”,在VALUE處輸入力的大小為軋制力P/4/作用面面積。圖（3）在面上設置對稱條件：Main Menu > Solution > Apply > Structural > Displacement > Symmetry B.C > On areas，選擇支承輥的對稱面（共5個），如圖所示，即可完成設置。圖（4）在面上施加位移約束：Main Menu > Solution > Apply > Structural > Displacement > On Node，選取支承輥對稱面上的中心點，彈出“A

10、pply UROT on area”，選擇UY的VALUE值為0，單擊“OK”。 圖（5）在節點上施加力：Main Menu > Solution > Apply > Structural > Force/Moment > On Nodes，選擇支承輥一側面，如圖所示，彈出“Apply F/M on Nodes”對話框，在Lab行選擇“FY”，在VALUE行輸入“-軋制力/4/節點數”，單擊“OK”，可得如圖所示圖形。（5）求解計算：Main Menu > Solution > Solve > Current LS，彈出一個檢查信息窗口，瀏覽完信

11、息并確認無誤后，單擊“File > Close”關閉信息窗口，又單擊對話框上的“OK”，系統將開始分析計算，當在顯示器的左上角出現一個“Solution is done”的提示后，表示計算結束，單擊“Close”關閉提示框。6、查看結果（1）顯示變形形狀：Main Menu > General Postproc > Plot Reasults > Deformed shape，彈出如圖所示的對話框，在其中“Items to be Plotted”選項中，選擇“Def shape only”，單擊對話框上的“OK”，其顯示結果如圖所示。圖 顯示變形結果（2）顯示Von M

12、ises應力結果和Y方向的位移：Main Menu > General Postproc > Plot Reasults > Contour Plot > Nodal Solu，彈出一個對話框，在“Contour Nodal Solution Data”對話框的第一欄“Items to be Plotted” 的第一欄中選擇“Stress”，在第二欄中選擇“von Mises stress”，點擊“OK”，生成如圖結果，然后，在“Items to be Plotted”的第一欄中選擇“DOF Solution”，在第二欄中選擇“Y-Component of displa

13、cement”，點擊“OK”，生成如圖結果。 圖等效應力云圖Y向位移分量云圖支承輥中心線撓度：定義路徑：Main Menu > General Postproc >Path Operations>Define Path>By Nodes，選取支承輥中心線上的2個節點，點擊ok3211輸入路徑名：br_c，點擊ok，關閉彈出的窗口。將結果映射到所定義的path上。Main Menu > General Postproc >Path Operations>Map onto Path,選取自由度計算結果UY繪制結果：Main Menu > Genera

14、l Postproc >Path Operations>Plot Path Item>On Graph，選取剛才定義的UY。二 3500四輥軋機軋制過程分析1、定義工作文件名及工作標題 定義工作文件名：運行Mechanical APDL Product Launcher 16.2，在彈出的對話框中，選擇保存文件目錄為：“E:ansysjieguo”，輸入工作文件名為“2016062802”，單擊“RUN”。2、單元類型和材料屬性設置（1）定義單元類型和選項：Main Menu> Preprocessor> Element Type> Add/Edit/Del

15、ete，彈出“Element Types”對話框，單擊“Add”，添加單元類型，在類型中選擇Solid>Quad 4node 42，單擊“OK”， “Element Types”對話框顯示“Type1 Plane42”，單擊“Options”，在K3欄選擇“Plane strs w/thk”，單擊“OK”，在“Element Types”對話框中單擊“Close”，完成設置。圖 2.2.1 單元設置 圖 單元行為選項設置（2）定義材料屬性：Main Menu> Preprocessor> Material Props> Material Models，彈出“Define

16、 Material Model Behavior”對話框，點擊Structural>Linear>Elastic>Isotropic，彈出對話框，在EX欄輸入2.1E5，PRXY欄輸入0.3，單擊“OK”，關閉對話框，完成設置。（3）定義剪切模量：Main Menu> Preprocessor> Material Props> Material Models，彈出“Define Material Model Behavior”對話框，點擊Structural> Nonlinear> Inelastic> Rate Independent&g

17、t; Isotropic Hardening Plastic> Mises Plasticity> Bilinear，彈出“Bilinear Isotropic Hardening for Material”對話框，在Yield Stss行輸入“235”，在Tang Mod行輸入“1000”，單擊“OK”，完成設置。 圖 2.2.3 定義材料屬性3、幾何建模（1）創建軋輥：Main Menu> Preprocessor> Modeling> Create> Areas> Circle> Solid Circle，彈出對話框“Solid Circl

18、e”，在WP X行中輸入“0”， 在WP Y行中輸入“0”，在Radius行中輸入“400”，單擊“OK”，生成如圖7.137所示圖形。（2）移動軋輥：Main Menu> Preprocessor> Modeling> Move / Modify> Areas> Areas，彈出“Move Areas”對話框，選擇圓面，單擊“OK”，彈出“Move Areas”對話框，在DY行中輸入“405”，單擊“OK”，使軋輥上移。圖 2.3.1 幾何建模（3）創建軋件： Main Menu> Preprocessor> Modeling> Create&

19、gt; Areas> Rectangle> By Dimensions，彈出“Create Rectangle By Dimensions”對話框，在X1，X2行中分別輸入“0”和“-100”， 在Y1，Y2行中分別輸入“0”和“5”，單擊“OK”，如圖7.139所示。圖 創建軋件4、網格劃分 （1）軋件網格劃分：Main Menu> Preprocessor> Meshing >Mesh Tool，彈出“Mesh Tool”對話框，在Global欄中單擊“Set”，彈出“Global Element Sizes”對話框，在SIZE欄中輸入“2.5”，單擊“OK”

20、，返回“Mesh Tool”對話框，點擊“Mesh”，選擇軋件，在“Mesh Area”對話框中，點擊“OK”，完成對軋件的網格劃分。圖 軋件單元網格劃分（2）軋輥表面即周邊的單元長度網格劃分：Main Menu> Preprocessor> Meshing > Mesh Tool，彈出“Mesh Tool”對話框，在Lines欄中單擊“Set”，選擇軋輥邊線，在彈出的“Element Sizes on Lines”對話框中單擊“OK”，彈出“Element Sizes on Picked Lines”對話框，在SIZE欄中輸入“2.5”，點擊“OK”，完成對軋輥表面的網格劃

21、分。圖 軋輥表面單元的網格劃分5、建立接觸對 建立接觸對：Main Menu> Preprocessor> Modeling> Create> Contact Pair，彈出“Contact Manage”對話框，點擊新建按鈕，彈出“Contact Wizard”對話框，在Target Surface欄中選中“Lines”，在Target Type欄中選中“Rigid w/Pilot”，單擊“Pick Target”，選擇軋輥的接觸邊線，在Select對話框中單擊“OK”，然后單擊“Contact Manage”對話框中“Next”，在Contact Surface欄中

22、選中“Lines”，在Contact Element Type欄中選中“Surface-to-Surface”，單擊“Pick Target”，選擇軋件的接觸面邊線，在Select對話框中單擊“OK”， 然后單擊“Contact Manage”對話框中“Next”，在Coefficient of Frictior中輸入“0.1”，單擊“Creat”，彈出提示框，單擊“Finish”，生成接觸對。圖 建立接觸對過程6、施加邊界條件和求解計算（1）求解控制設置：Main Menu> Solution > Analysis Type >Sol n Controls，彈出“Solut

23、ion Controls”對話框，求解控制基本設置中，其中Analysis Options選擇“Large Displacement Static”，Time Control選擇時間步1、自動時間步長和子步數以及每10步存儲一次結果等設置。圖求解控制設置（2）施加位移邊界條件：Main Menu> Solution> Define Loads> Apply> Structural> Displacement> On Node，彈出“Apply U，ROT on Node”對話框，選擇軋輥中心點，單擊“OK”，彈出“Apply U，ROT onNode”對話框

24、，選擇“UY”，在VALUE displacement value欄中輸入“-1.5”，單擊“OK”，加載如圖所示位移約束。圖 對軋輥施加Y方向位移約束（3）施加位移邊界條件：Main Menu> Solution> Define Loads> Apply> Structural> Displacement> On Lines，彈出“Apply U，ROT on Lines”對話框，選擇軋件底邊線，單擊“OK”，彈出“Apply U，ROT on Lines”對話框，選擇“UY”，在VALUE displacement value欄中輸入“0”，單擊“OK”

25、，加載如圖所示位移約束。圖 對軋件施加Y方向位移約束（4） 施加對稱邊界條件：Main Menu> Solution> Define Loads> Apply> Structural> Displacement> Symmetry B.C> On Lines，彈出“Apply U，ROT on Lines”對話框，選擇對稱邊線，單擊“OK”，加載如圖所示對稱約束。圖 施加對稱位移約束（5）生成載荷步文件：Main Menu> Solution> Write LS File，在對話框“Write Load Step File”上的Load s

26、tep file number n欄輸入“1”，單擊“OK”。圖 生成載荷步文件（6）施加位移邊界條件：Main Menu> Solution> Define Loads> Apply> Structural> Displacement> On Node，彈出“Apply U，ROT on Node”對話框，選擇軋輥中心點，單擊“OK”，彈出“Apply U，ROT onNode”對話框，選擇“ROTZ”，在VALUE displacement value欄中輸入“0.3”，單擊“OK”，加載如圖所示位移約束。圖 對軋輥施加轉動位移約束（7）施加對稱邊界條件

27、：Main Menu> Solution> Define Loads> Apply> Structural> Displacement> Symmetry B.C> On Lines，彈出“Apply U，ROT on Lines”對話框，選擇對稱邊線，單擊“OK”，加載如圖所示對稱約束。圖施加對稱位移約束 7生成載荷步文件Main Menu> Solution> Write LS File，在對話框“Write Load Step File”上的Load step file number n欄輸入“2”，單擊“OK”。圖生成載荷步文件 8求解載荷步文件Main Menu> Solution> Solve> From LS File，在對話框“Solve Load Step File”上的Starting LS file number欄輸入“1”，在Ending LS file numb