應用ANSYS軟體進行變截面鋁合金擠壓工藝分析的方法與流程
2023-04-30 15:33:59
技術領域：本發明涉及一種變截面鋁合金擠壓工藝的分析方法，尤其涉及一種應用帶隱藏apdl語言的自製程序的ansys軟體進行變截面鋁合金擠壓工藝分析的方法。
背景技術：
：
鋁合金是工業應用中最廣泛的一類有色金屬結構材料，在航空、航天、汽車、機械製造以及船舶等行業中已經大量被應用。隨著近年來科學技術以及工業經濟的飛速發展，對鋁合金擠壓型材的需求也日益增多。
隨著計算機科學的迅速發展，有限元數值模擬逐漸走進人們的視野。利用數值模擬軟體進行生產工藝設計與優化，具有研發周期短，研發成本低的顯著特點。
ansys軟體是一款結構、流體、電場、磁場、聲場等一系列分析於一體的大型通用有限元分析軟體，能與多數cad軟體接口，實現數據的共享和交換。但是ansys軟體的針對性較差且界面操作較為複雜，這為從事鋁合金擠壓工藝設計的技術人員造成了很大的障礙。
apdl作為ansys的一種參數化設計語言能夠完全的指導ansys進行的相應的操作。但是apdl語言的學習需要一定的時間和計算機邏輯語言功底，這又使得方便快捷的apdl成為了從事鋁合金擠壓工藝設計技術人員的又一大障礙。
技術實現要素：
：
發明目的：本發明提供一種應用ansys軟體進行變截面鋁合金擠壓工藝分析的方法，其目的是解決以往所存在的問題。
技術方案：本發明是通過以下技術方案來實現的：
一種應用ansys軟體進行變截面鋁合金擠壓工藝分析的方法，其特徵在於：所述方法通過隱藏自製程序實現對變截面鋁合金擠壓過程中數值模擬預處理，具體分析方法包括以下步驟：
步驟1)變截面鋁合金擠壓模具以及坯料的幾何模型建立：採用vs2010編制自製程序完成對鋁合金擠壓模具以及坯料的幾何模型建立、變截面鋁合金擠壓模具以及坯料的材料屬性設置、網格劃分以及邊界條件的設置，最後生成ansys可執行的命令流程序；
步驟2)啟動ansys軟體：自製程序向ansys軟體發送指令啟動ansys軟體，輸入生成命令流文件，利用ansys進行求解計算；
步驟3)數據後處理：自製程序根據ansys軟體的數據結果，提取變截面鋁合金擠壓過程中關鍵節點的應力時程響應數據，並將數據輸出到指定位置；
步驟4)圖像後處理：自製程序根據ansys軟體的等效應力雲圖結果以及塑性應變結果，提取指定時間點的等效應力雲圖以及塑性應變雲圖，並將圖像保存到指定位置。
所述步驟1)變截面鋁合金擠壓模具以及坯料的幾何模型建立、網格劃分、材料屬性設定以及邊界條件的施加，具體包括以下步驟：
步驟1.1)自製程序根據特定軸對稱三道次變截面模具以及圓柱狀坯料進行幾何模型的建立，在自製程序中，用戶在對應的幾何模型參數對話框中輸入設計的尺寸；
步驟1.2)自製程序將提供模具的彈性本構模型，即彈性模量和泊松比，坯料的彈塑性本構模型中考慮屈服強度和剪切模量，在自製程序中，用戶在對應的材料參數對話框中輸入實驗獲得的材料屬性；
步驟1.3)自製程序將提供模型網格劃分的全局尺寸定義，用戶在對應的網格尺寸對話框中輸入對應的全局網格尺寸；
步驟1.4)自製程序將提供變截面鋁合金擠壓過程的邊界條件設置，對稱邊界條件以及模具固定邊界條件在程序內部進行設定，在自製程序中，用戶在對應的擠壓速度或者擠壓位移對話框中輸入對應的實驗條件；
步驟1.5)自製程序提供生成ansysapdl語言文件的按鍵，進行ansysapdl語言文件的生成。
所述步驟3)自製程序對ansys軟體求解結果中的特定節點應力時程曲線輸出，其具體方式為根據節點空間坐標對節點進行定位，獲取節點編號，利用ansys的post26處理器，提取該節點的應力時程曲線結果，並且將應力時程曲線圖保存在指定位置。
所述步驟4)自製程序對ansys軟體求解結果圖像的後處理，具體操作方法為利用ansys的post1處理器通過apdl語言進行控制，輸出固定時刻的鋁棒材的等效應力雲圖，並且將等效應力雲圖保存在指定位置。
步驟2)中輸入生成命令流文件，利用ansys進行求解計算；其批處理方法為："c:\programfiles\ansysinc\v140\ansys\bin\winx64\ansys140.exe"-b-pansys-i"d:\projectmaterial\disanalysisplat\hwt\disk140ok\ansys_apdl_withcomment-new.txt"-o"d:\projectmaterial\disanalysisplat\hwt\disk140ok\output.txt"。
步驟1.1)中自製程序根據特定軸對稱三道次變截面模具以及圓柱狀坯料進行幾何模型的建立命令為：
k,1,0,0
k,2,0,-mnl1
k,3,mnd2-mnd1,-mnl1+(mnd2-mnd1)*tan1
k,4,mnd2-mnd1,-mnl1-mnl2+(mnd2-mnd1)*tan1
k,5,mnd3-mnd1,-mnl1-mnl2+(mnd2-mnd1)*tan1+(mnd3-mnd2)*tan2
k,6,mnd3-mnd1,-mnl1-mnl2-mnl3+(mnd2-mnd1)*tan1+(mnd3-mnd2)*tan2
k,7,mnd4-mnd1,-mnl1-mnl2-mnl3+(mnd2-mnd1)*tan1+(mnd3-mnd2)*tan2+(mnd4-mnd3)*tan3
k,8,mnd4-mnd1,-mnl1-mnl2-mnl3-mnl4+(mnd2-mnd1)*tan1+(mnd3-mnd2)*tan2+(mnd4-mnd3)*tan3
k,9,myd-mnd1,-mnl1-mnl2-mnl3-mnl4+(mnd2-mnd1)*tan1+(mnd3-mnd2)*tan2+(mnd4-mnd3)*tan3
k,10,myd-mnd1,0
a,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10
k,11,0,0
k,12,-gd,0
k,13,-gd,gl
k,14,0,gl
a,11,12,13,14
vrotat,2,,,,,,12,13,90,,
vrotat,1,,,,,,12,13,90,,。
步驟1.4)中自製程序將提供變截面鋁合金擠壓過程的邊界條件設置，對稱邊界條件以及模具固定邊界條件在程序內部進行設定，其命令為：
nsel,s,loc,y,gl
d,all,uy,-gsw
nsel,s,loc,y,-mnl1-mnl2-mnl3-mnl4+(mnd2-mnd1)*tan1+(mnd3-mnd2)*tan2+(mnd4-mnd3)*tan3
d,all,all
asel,s,,,15
nsla,s,all
d,all,ux
asel,s,,,5
nsla,s,all
d,all,ux。
優點及效果：
本發明是一種簡化軟體分析設置過程應用ansys軟體進行變截面鋁合金擠壓工藝分析的方法，該方法能夠使ansys軟體有針對性的對變截面鋁合金擠壓工藝進行方便快捷的力學分析，以提高從業人員的工作效率。
本發明的目的就是建立一個隱藏apdl語言的自製程序，技術人員通過簡單的操作就可以完成預先設定的數值模擬，從而最大程度的簡化軟體分析設置過程，使得變截面鋁合金擠壓工藝的數值模擬更加方便快捷。
附圖說明：
圖1是幾何模型建立界面；
圖2是材料屬性設置界面；
圖3是網格劃分界面；
圖4是邊界條件加載界面；
圖5是apdl命令流生成以及求解輸出結果界面。
具體實施方式：下面結合附圖對本發明做進一步的描述：
如圖1所示，本發明提供一種應用ansys軟體進行變截面鋁合金擠壓工藝分析的方法，該方法是利用自製程序對鋁合金擠壓模具以及坯料進行幾何模型的建立，材料屬性的設置、網格的劃分、邊界條件的施加、求解運算以及在指定的位置輸出後處理結果。在本發明中，採用vs2010編制自製程序，通過自製程序首先對變截面鋁合金擠壓工藝進行預處理設定的窗口化建立，然後向ansys軟體發送apdl命令對變截面鋁合金擠壓工藝過程進行模擬計算，最後在指定的文件夾輸出相應的後處理結果。
步驟1)變截面鋁合金擠壓模具以及坯料的幾何模型建立：採用vs2010編制自製程序完成對鋁合金擠壓模具以及坯料的幾何模型建立、變截面鋁合金擠壓模具以及坯料的材料屬性設置、網格劃分以及邊界條件的設置，最後生成ansys可執行的命令流程序；
步驟1.1)變截面鋁合金擠壓模具以及坯料的幾何模型建立，如圖1所示。在自製程序中，用戶可以在對應的幾何模型參數對話框中輸入設計的尺寸，完成幾何模型建立的過程。
步驟1.2)自製程序將提供模具的彈性本構模型，即彈性模量和泊松比，坯料的彈塑性本構模型中考慮屈服強度和剪切模量，如圖2所示。在自製程序中，用戶可以在對應的材料參數對話框中輸入實驗獲得的材料屬性；
步驟1.3)自製程序將提供模型網格劃分的全局尺寸定義，如圖3所示，用戶可以在對應的網格尺寸對話框中輸入對應的全局網格尺寸；
步驟1.4)自製程序將提供變截面鋁合金擠壓過程的邊界條件設置，如圖4所示，對稱邊界條件以及模具固定邊界條件在程序內部進行設定，在自製程序中，用戶可以在對應的擠壓速度或者擠壓位移對話框中輸入對應的實驗條件；
步驟1.5)自製程序提供生成ansysapdl語言文件的按鍵，進行ansysapdl語言文件的生成。
步驟2)製程序向ansys軟體發送指令啟動ansys軟體，如圖5所示，輸入生成命令流文件，利用ansys進行求解計算。具體通過一個批處理文件的方法調用ansys軟體讀取自製程序生成的命令流文件，進行求解運算，其具體命令為"c:\programfiles\ansysinc\v140\ansys\bin\winx64\ansys140.exe"-b-pansys-i"d:\projectmaterial\disanalysisplat\hwt\disk140ok\ansys_apdl_withcomment-new.txt"-o"d:\projectmaterial\disanalysisplat\hwt\disk140ok\output.txt"；
"d:\projectmaterial\disanalysisplat\hwt\disk140ok\ansys_apdl_withcomment-new.txt"-o"d:\projectmaterial\disanalysisplat\hwt\
disk140ok\output.txt"；
步驟3)數據後處理：通過將預先編寫好的坯料節點空間坐標函數關係，獲取該節點編號，提取改點時程應力曲線圖以及將該曲線圖以圖片和數據的兩種形式輸出的apdl語句，預設置到自製程序的隱藏文件包中，以此實現在ansys讀取apdl文件時進行數據後處理輸出結果的操作；
步驟4)圖像後處理：通過將預先編完成的固定時間間隔輸出等效應力雲圖以及在指定文件夾輸出圖片的apdl語句，預設置到自製程序的隱藏文件包中，以此實現在ansys讀取apdl文件時進行圖像後處理輸出結果的操作；
所述步驟3)自製程序對ansys軟體求解結果中的特定節點應力時程曲線輸出，其具體方式為根據節點空間坐標對節點進行定位，獲取節點編號，利用ansys的post26處理器，提取該節點的應力時程曲線結果，並且將應力時程曲線圖保存在指定位置。
所述步驟4)自製程序對ansys軟體求解結果圖像的後處理，具體操作方法為利用ansys的post1處理器通過apdl語言進行控制，輸出固定時刻的鋁棒材的等效應力雲圖，並且將等效應力雲圖保存在指定位置。
步驟2)中輸入生成命令流文件，利用ansys進行求解計算；其批處理方法為："c:\programfiles\ansysinc\v140\ansys\bin\winx64\ansys140.exe"-b-pansys-i"d:\projectmaterial\disanalysisplat\hwt\disk140ok\ansys_apdl_withcomment-new.txt"-o"d:\projectmaterial\disanalysisplat\hwt\disk140ok\output.txt"。
步驟1.1)中自製程序根據特定軸對稱三道次變截面模具以及圓柱狀坯料進行幾何模型的建立命令為：
k,1,0,0
k,2,0,-mnl1
k,3,mnd2-mnd1,-mnl1+(mnd2-mnd1)*tan1
k,4,mnd2-mnd1,-mnl1-mnl2+(mnd2-mnd1)*tan1
k,5,mnd3-mnd1,-mnl1-mnl2+(mnd2-mnd1)*tan1+(mnd3-mnd2)*tan2
k,6,mnd3-mnd1,-mnl1-mnl2-mnl3+(mnd2-mnd1)*tan1+(mnd3-mnd2)*tan2
k,7,mnd4-mnd1,-mnl1-mnl2-mnl3+(mnd2-mnd1)*tan1+(mnd3-mnd2)*tan2+(mnd4-mnd3)*tan3
k,8,mnd4-mnd1,-mnl1-mnl2-mnl3-mnl4+(mnd2-mnd1)*tan1+(mnd3-mnd2)*tan2+(mnd4-mnd3)*tan3
k,9,myd-mnd1,-mnl1-mnl2-mnl3-mnl4+(mnd2-mnd1)*tan1+(mnd3-mnd2)*tan2+(mnd4-mnd3)*tan3
k,10,myd-mnd1,0
a,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10
k,11,0,0
k,12,-gd,0
k,13,-gd,gl
k,14,0,gl
a,11,12,13,14
vrotat,2,,,,,,12,13,90,,
vrotat,1,,,,,,12,13,90,,。
步驟1.4)中自製程序將提供變截面鋁合金擠壓過程的邊界條件設置，對稱邊界條件以及模具固定邊界條件在程序內部進行設定，其命令為：
nsel,s,loc,y,gl
d,all,uy,-gsw
nsel,s,loc,y,-mnl1-mnl2-mnl3-mnl4+(mnd2-mnd1)*tan1+(mnd3-mnd2)*tan2+(mnd4-mnd3)*tan3
d,all,all
asel,s,,,15
nsla,s,all
d,all,ux
asel,s,,,5
nsla,s,all
d,all,ux。