第25例非线性分析综合应用实例----钢板卷制成圆筒本例介绍了综合利用ANSYS非线性分析功能模拟将钢板卷制成圆筒的方法和步骤。
25.1问题描述将钢板卷制成圆筒一般要使用卷板机。
图25-1所示为对称式三辊卷板机，该机器将钢板卷制成圆筒时分为三个步骤：首先，上辊下降使钢板发生挠曲，钢板挠曲线的最低点首先发生屈服；然后，下辊转动驱动钢板向前移动，使钢板各点发生同样的屈服形成圆筒；最后，圆筒卷制完成，上辊上升卸下筒体。
图25-1对称式三辊卷板机用ANSYS模拟将钢板卷制成圆筒，相应地也分为三个步骤。
由于第二个步骤需要模拟上、下辊转动，而ANSYS的SOLIDn单元不支持大转动，位移边界条件不能施加大的转动角度，所以上、下辊需要用壳单元建立有限元模型。
上、下辊与钢板的作用需要用接触模拟，钢板卷制成圆筒材料发生屈服，产生大变形, 所以钢板卷制成圆筒包括状态非线性、材料非线性和结构非线性三种非线性。
用ANSYS模拟将钢板卷制成圆筒，计算结果可以得到圆筒直径与上辊下压量的关系，上、下辊受力大小，上、下辊的变形，下辊驱动力矩及卸载回弹等重25.2 命令流/CLEAR/FILNAM, EXAMPLE25/CONFIG, NRES, 2000/PREP7/PNUM, VOLU, ONET, 1, SHELL181ET, 2, SOLID186MP, EX, 1, 2E11MP, DENS, 1, 7800MP, NUXY, 1, 0.3MP, EX, 2, 2E11MP, DENS, 2, 7800MP, NUXY, 2, 0.3TB, BKIN, 2, 1TBTEMP, 0TBDATA,, 240E6, 0 SECTYPE, 1, SHELL SECDATA, 0.02CYLIND, 0.38/2, 0, 0.2, 1.7, 0, 360 要数据。
因为分析过程复杂，步骤较多，所以本例只采用命令流法执行命令。
!清除数据库，新建文件! 指定任务名为?EXAMPLE25 “!设置最大子步数!前处理!进入前处理器!打开体号!选择单元类型，壳单元用于划分上、下辊!实体单元用于划分钢板!定义材料模型 1 的弹性模量! 定义材料模型 1 的密度!定义材料模型 1 的泊松比!定义材料模型 2 的弹性模量! 定义材料模型 2 的密度!定义材料模型 2 的泊松比! 定义材料模型 2 的屈服极限、切向模量!定义截面!壳厚度!创建上辊，圆柱体!黏结!创建右下辊，圆柱体WPOFF, -0.54!偏移工作平面原点到左下辊中心!创建左下辊，圆柱体ALLS VDELE, ALL!在上辊端面中心处创建硬!在左下辊端面中心处创CYLIND, 0.38/4, 0, 0.2, 0, 0, 360 CYLIND, 0.38/4, 0, 1.7, 1.9, 0, 360 VGLUE, ALL VSEL, NONECYLIND, 0.3/2, 0, 0.2, 1.7, 0, 360CYLIND, 0.3/4, 0, 0.2, 0, 0, 360 CYLIND, 0.3/4, 0, 1.7, 1.9, 0, 360VGLUE, ALL VSEL, NONECYLIND, 0.3/2, 0, 0.2, 1.7, 0, 360CYLIND, 0.3/4, 0, 0.2, 0, 0, 360 CYLIND, 0.3/4, 0, 1.7, 1.9, 0, 360VGLUE, ALL !选择所有实体 !删除体，但保留面 ，HPTCREATE, AREA, 5,, COORDHPTCREATE, AREA, 10,, COORD, 0, 0, 1.9HPTCREATE, AREA, 34,, COORD, -0.54/2, -0.37, 1.9WPOFF, 0.54/2, -0.37!偏移工作平面原点到右下辊中心点八、、建硬点!在右下辊端面中心处创MAT, 1 TYPE, 1 SECN, 1 ESIZE, 0.04 SMRTSIZE, 7MSHAPE, 1AMESH, ALLBLOCK, 0.7, -0.5, 0.3/2, 0.3/2+0.03, 0.5,LESIZE, 96,,, 2MAT, 2 TYPE, 2 MSHKEY, 1 MSHAPE, 0 ESIZE, 0.05 VMESH, ALL ET, 4, TARGE170 ET, 5, CONTA174,,,,,1 KEYOPT, 5, 12, 1HPTCREATE, AREA, 29,, COORD, -0.54/2, -0.37, 0 HPTCREATE, AREA, 22,, COORD, 0.54/2, -0.37, 1.9建硬点HPTCREATE, AREA, 17,, COORD, 0.54/2, -0.37, 0 !为上、 下辊划分单元指定属性， 材料模型 !单元类型 !壳横截面!指定单元边边长度!指定智能尺寸级别!指定单元形状为三角形!对所有面划分单元1.4!创建钢板，块!指定线 96 （ 钢板厚度 ）被划分为两段!为钢板划分单元指定属性!映射网格!指定单元形状为六面体 !指定单元边长度 !对块划分网格!指定单元类型，用于创建接触对!设置单元 5 接触表面无滑动R, 10,,,0.1!在钢板上表面和上辊表面建立接触对！在钢板下表面和左下辊表面建立接触对!定义实常数， KFN==0.1R, 11,,, 0.1 R, 12,,, 0.1 ASEL, S,,,40 NSLA, S, 1NSEL, U, LOC, Z, 0.8, 1.1 MAT, 3 REAL, 10 TYPE, 4 ESURF ALLSASEL, S,,, 3, 4, 1 NSLA, S, 1NSEL, U, LOC, Z, 0.2,0.5 NSEL, U, LOC, Z, 0.8, 1.1 NSEL, U, LOC, Z,1.4, 1.7 MAT, 3 REAL, 10 TYPE, 5 ESURF ALLS ASEL, S,,,39NSEL, U, LOC, Z, 0.8, 1.1MAT, 4REAL, 11TYPE, 4ESURFALLSASEL, S,,, 27, 28, 1NSLA, S, 1NSEL, U, LOC, Z, 0.2, 0.5NSEL, U, LOC, Z, 0.8, 1.1NSEL, U, LOC, Z, 1.4, 1.7MAT, 4REAL, 11TYPE, 5ESURFALLSASEL, S,,, 39NSLA, S, 1 !在钢板下表面和右下辊表面建立接触对NSEL, U, LOC, Z, 0.8, 1.1MAT, 4REAL, 12!进入求解器!在所有节点点上施加约束!选择上辊轴线上的节点! 施加约束，上辊下降 0.03mESURF ALLSASEL, S,,, 15, 16, 1 NSLA, S, 1NSEL, U, LOC, Z,0.2,0.5 NSEL, U, LOC, Z,0.8,1.1 NSEL, U, LOC, Z,1.4,1.7 MAT, 4 REAL, 12 TYPE, 5 ESURF ALLS FINI!首先模拟下辊不动，上辊下降 /SOLU D, ALL, UZ D, ALL, ROTX D, ALL, ROTY NSEL, S, LOC, X NSEL, R, LOC, Y D, ALL, UY, -0.03D, ALL, UXD, ALL, UZ ALLSCSYS, 4ASEL, S, LOC, Y, -2, 0.3/2 ASEL, U,,,39NSLA, S, 1D, ALL, ALLALLSANTYPE, TRANSLNSRCH, ONNLGEOM, ONTIME, 1AUTOT, ONNSUBST, 15,20, 10KBC, 0OUTRES, ALL, ALLSOLVE!以下模拟下辊转动，驱动钢板前进CSYS, 4ASEL, S, LOC, Y, -2, 0.3/2 ASEL,U,,,39 !激活工作平面坐标系!选择下辊上的所有面!选择下辊上的所有节点!约束掉所有自由度!瞬态分析!打开线性搜索!打开大变形选项!指定载荷步时问!打开自动载荷步长!指定子步数目!斜坡载荷!输出所有子步所有项旧的结果!解答!选择下辊上的所有面NSLA, S, 1 !选择下辊上的所有节点DDELE, ALL, ALL!删除上一载荷步施加在下辊上的所有约束ALLSD, ALL, UZ !在所有节点上施加约束D, ALL, ROTXD, ALL, ROTYNSEL, S, LOC, X, 0 !选择左下辊轴线上的所有节点NSEL, R, LOC, YD, ALL, ROTZ, -3.1415926/2 !转动1/4 周D, ALL, UX !约束掉移动D, ALL, UYALLSWPOFF, 0.54 !偏移工作平面NSEL, S, LOC, X, 0 !选择右下右下辊轴线上的所有节点NSEL, R, LOC, YD, ALL, UX !约束掉移动D, ALL, UYD, ALL, ROTZ, -3.1415926/2 ! 转动1/4 周TIME, 2ALLSKBC, 0NSUBST, 800, 1000, 300!解答!查看结果!读最后载荷子步计算结果!变形云图!用动画查看卷制圆筒过程中的变形情况SOLVE!模拟卸载 ACEL, 0, 9.8 CSYS, 0NSEL, S, LOC, X NSEL, R, LOC, YD, ALL, UY, 0 D, ALL, UX D, ALL, UZ D, ALL, ROTX D, ALL, ROTY ALLS KBC, 0NSUBST, 20, 300, 10 TIME, 2.1 SOLVE FINI/POST1 SET, LASTPLNS, U, SUMANTIME, 50, 0.5,, 1, 2, 0, 2.1!施加重力加速度 !激活全球直角坐标系 !选择上辊轴线上的所有节点!上辊向上移动，卸载。