金属环形轧制的Abaqus分析

利用Abaqus分析的金属环形轧制，该demo模型、网格均简单化，导向辊的控制由于直接采用位移控制所以并非很准确。该demo的主要目的是梳理一下金属轧制过程有限元分析的要点和过程。

其中的一些点（例如质量缩放因子、自适应网格等方法或理论均可网上查阅以作更多的了解）

后续可能会抽时间利用vuamp子程序进行导向辊的准确控制，以得到更准确的金属轧制模拟结果。

利用Abaqus做金属环形轧制的有限元分析，涉及的几个点如下：

（1）利用显示动力学分析

（2）轧辊当做解析刚体，需建立参考点表示，同时需要给定质量和转动惯量；

（3）金属材料属性需要定义塑性部分；

（4）定义质量缩放因子以帮助计算；

（5）最好采用自适应网格；

（6）定义接触时刚体为主面；

（7）金属环形轧制时通过位移约束给定边界条件；

（8）导向辊的边界条件需要合理定义。

 

首先分别建立几何模型，驱动辊的模型如下所示：

变形体的模型如下：

芯辊和导向辊同样。

接着定义材料模型，变形体定义密度、弹性模量、泊松比和塑性参数，该次模型塑性参数如下：

三个解析刚体分别定义质量和转动惯量，通过主菜单Special-Inertial定义，其中驱动辊的参数设置如下：

转动惯量可自己计算，常见模型转动惯量计算如下：

 之后进行模型装配，装配好的模型如下所示：

之后定义分析步，Dynamic，Explicit，同时设置质量缩放因子，通过主菜单Other-ALE Adaptive Mesh Domain进行自适应网格的设置。

之后定义接触，驱动辊与变形体、芯辊与变形体之间为摩擦接触，摩擦因子为0.15，接触属性包括切向和法向（法向硬接触），芯辊和变形体之间采用无摩擦接触。

之后定义边界条件，芯辊给定一个径向的速度值，如下所示。

驱动辊绕轴转动，给定转动角速度值，如下：

导向辊的边界不好定义，为了准确定义其实可以采用Vuamp子程序来定义，如果不采用的话，则通过幅值的形式，给定不同时刻导向辊的位移值，其中给定的导向辊x方向位移幅值为：

同样的方式定义y向的位移幅值。

划分网格后即可求解，求解的某时刻等效塑性应变如下：