DEFORM 3D形轧有限元分析

DEFORM 3D形轧有限元分析

问题描述：几何体和工具均采用1/4模型来分析；单位：英制（English）坯料材料（Material）：AISI-1055[1450-2200F(800-1200C]坯料温度：300F轧辊温度：100F轧辊速度：55r/min

1 新建立一个problem。选择shape rolling。单位选择英制单位。然后自己给这个问题命个名SHAPE_ROLL。

进去之后是这个画面，在操作之前首先要把工序加进去，选中Multistand ,Add to tree,添加一个轧制工序。然后点击open opr，进入正式的工序设置。改完名字后点击next，Rolling Type 选择第二个，拉格朗日轧制模型，再点击next，Thermal Calculation选择只计算工件的温度。

2. 设置轧辊这里只考虑main roll，因为是形轧，只要主辊，不需要侧辊，然后点击use primatives for roll design，保持参数默认，create一个2D轧辊形状。

上辊温度设置成100F，三维模型的层数设置成108，生成三维模型。然后设置好对称面，转动速度为55r/min.

3 工件的设置

设置工件的温度为300F，长度20in。点击use 2D geometry primitives生成工件的二维形状，选择圆柱，半径设为4，create。然后生成工件网格，因为工件需要计算温度以及变形，所以工件就不生成几何体直接生成网格，2D单元数保持100不变，3D网格的层数改为72。这里就可以看出wizard比常规的Deform前处理更好的一点就是，它画的网格是六面体网格，比常规前处理其划分的四面体网格质量更好。

工件材料选择AISI-1045_[20F-1100F]，然后设置边界条件，软件已经自动生成了对称边界条件和换热条件。

4 推块的设置推块的作用是在坯料未进入轧辊之前，起到一个助推的作用，把坯料推入轧辊之间。后面等到坯料与轧辊之间的摩擦力足够带动坯料运动进行轧制的时候，推块就与坯料分离了。所以推块的速度通常是坯料的速度，也就是轧辊的线速度的50%-60%，一般系统会自动给一个速度，也可以用户自己定义。这里设置推块的温度为100F。点击use 2D geometry primitives生成工件的二维形状，选择圆柱，半径设为5，create。推块的长度系统已经给定为20了，所以不用设置。

5 物体定位

轧辊和坯料，坯料和推块的位置关系要设置好，不然模拟是没法进行的。一般是选择interfere的方式，首先选定workpiece为定位目标，Top roll为参考物体，方向选x方向，再以pusher为定位目标，workpiece为参考物体，方向也选则x方向，OK。

6 接触关系这里摩擦系数设定为库伦摩擦，0.5，传热系数为5，点下tolerance，自动生成容差，generate all。

7 设置模拟步数这里虽然设置了5000步，但不一定会走完5000步，像这题肯定不用这么多步。Defined stopping plane是设置一个停止平面，即坯料后端运动到这个平面，模拟就停止。所以上面的步数设置并不起作用，尽管往大了设。设置完之后就可以生成数据库文件了。

关注公众号：工科小学生，一起学习

8 后处理温度分布结果如下所示，坯料的表面温度比内部的温度低，这是因为坯料把热传给了100F的轧辊，然后坯料边沿的温度急剧升高，是因为变形热的产生。

下图所示为等效应力分布，应力主要在坯料与轧辊接触部位，达到130ksi。

下图是等效应变的结果，看出边沿的应变是最大的，也就是产生了大量变形热的地方。两头应变小，是因为轧后材料在两头发生了积聚。

下图所示是轧制前后坯料的流动速度，轧后的流动速度要大于轧前的流动速度，这可用体积不变原理解释，轧前的坯料截面积要大于轧后的坯料截面积，而进入轧辊和出轧辊的坯料体积相等，那么在体积一定的情况下，截面积越小，速度也就越大。

更详细的操作流程可点击阅读原文，查看作者录制的视频教程。