ALE自适应网格的目标是控制网格的变形,其全称为“任意的拉格朗日-欧拉自适应网格”(Arbitrary Lagrangian Eulerian adaptive meshing)。它不改变原有网格的拓扑结构(单元和节点的数目和连接关系不会变化),而是在单分析步的求解过程中逐步改善网格的质量(摘自FEA有限元在线的博客)。个人理解就是在规定的一些增量步中,对网格重新划分,可以修复一些质量较差,发生畸变的网格。
本文的案例来自于帮助文档(ABAQUS 2016 Document)的1.3.13节Ring rolling,但是帮助文档提供的inp文件导入后有问题,可以在三维软件中自己建模,然后导入Abaqus,根据帮助文档中介绍的内容做仿真。这个案例总共做了2个仿真,唯一区别在于有无ALE网格。
模型的整体尺寸
Part模块:
如果喜欢可以按照帮助文档提供的尺寸建模,装配,很简单,都是二维的。只有零件ring是柔性体,其余均为刚体,刚体一定要在Part模块中定义RP点。刚体有两种类型,离散刚体与解析刚体。离散刚体需要划分网格,可以从外部导入模型。离散刚体不需要划分网格,但是只能在Abaqus的草图中建模,不能直接从外部导入。
解析刚体
Property模块:
只有零件ring为柔性体,密度为2.7E-9t/mm3,弹性模量为70000MPa,泊松比为0.33,塑性参数见下图。
塑性参数
Assembly模块:
有限元模型
Step模块:
Explicit显示动力学分析步,分析时间为16.5s,质量缩放系数为4,相当于求解速度放大2倍(质量缩放系数开根号),场变量与历史输出变量的方式默认,后处理动画共输出100帧。
显示动力学分析步
质量缩放系数
下面介绍一下场变量中输出后处理帧数的几种方式,我常用的是第一种,直接输入帧数即可,无论分析时间是多少,只输出100帧。
第二种是每一增量步输出一帧的动画(这个在静力学与隐士动力学中用的多)。
第三种是间隔一定时间输出一帧的结果,例如分析时间为1s,输出动画的时间间隔为0.01s,最后共输出了100帧动画。
第四种是根据自己定义的表格输出结果。
例如定义了如下的表格,后处理中将只输出如下时间点的结果。
时间点
对零件ring添加ALE自适应网格,Frequency设置为2,代表2个增量步重新划分一次网格,Remeshing sweeps per increment设置为5,代表重新划分网格的次数。但是有时设置ALE自适应网格之后,无法并行计算,只能用单核的CPU运行。
ALE网格的设置
Interaction模块:
共建立了4个接触对,均为面对面接触,接触的算法有两种,一种为Kinematic运动接触,一种为Penalty罚接触,本案例用的是后者,原因在于前面的那个运动接触无法并行计算。
第一个接触对为idle roll与ring的接触,接触属性为法向硬接触(Hard Contatc),切向摩擦接触,摩擦类型为罚摩擦,摩擦系数为0.5。
idle roll与ring的接触
第二个接触对为ring与driver roll的接触,接触属性为法向硬接触(Hard Contatc),切向摩擦接触,摩擦类型为罚摩擦,摩擦系数为0.5。
ring与driver roll的接触
第三个接触对为ring与driver roll的接触,接触属性为法向硬接触(Hard Contatc),切向摩擦接触,摩擦类型为罚摩擦,摩擦系数为0.5。
ring与左侧guide roll的接触
第四个接触对为ring与右侧guide roll的接触,接触属性为法向硬接触(Hard Contatc),切向摩擦接触,摩擦类型为罚摩擦,摩擦系数为0.5。
ring与右侧guide roll的接触
Load模块:
约束左侧guide roll的X与Y的平动自由度,释放Z的转动自由度。
左侧guide roll的载荷
约束右侧guide roll的X与Y的平动自由度,释放Z的转动自由度。
右侧guide roll的载荷
Idle roll施加X方向的速度载荷,约束Y方向的平动自由度,释放Z方向的旋转自由度。
idle roll的载荷
Driver roll约束X与Y的平动自由度,施加Z方向的角速度(rad/s)。
driver roll的载荷
Mesh模块:
零件ring为柔性体,二维的平面应力单元。刚体的网格属性默认即可。
平面应力单元网格属性
Visualization后处理模块:
从后处理中可以看出,施加ALE自适应网格约束的分析结果中,网格没有发生畸变。而无ALE网格约束,纯LAG网格的结果中,网格的变形比较严重。
ALE网格应力云图
LAG网格应力云图
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