金属丝拉拔成型的两种方法——ALE与欧拉边界应用

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题记：最近研究了一阵子金属丝成型的建模方法，本着与大家共同讨论的精神，将两种方法总结一下发表出来，纪念一下最近的学习内容。如果内容有误或者理解有偏差，还请大家多多指教！

问题描述                                                                                             

金属丝成型的过程，可以简化为二维轴对称的模型进行计算分析（保证丝和模具的几何形状以及受力的形式均为轴对称的前提下），这可以大幅降低计算规模，提高计算效率。本次的分析分别采用了传统的拉格朗日边界模型和欧拉边界模型两种计算方式来进行对比分析，采用的计算模块均为ABAQUS/Explicit，理论上用Standard也是可以完成前者的计算的，但由于带有欧拉边界的模型只支持显式分析，所以就都采用显式进行对比，至于Standard的分析，还请有精力的坛友帮忙补完，可能的话，版主会加分的（我猜的...）。

有限元模型                                                                                          

Case 1: 拉格朗日边界的模型

模型的建立是很简单的，如图所示，左侧较长的模型为金属丝的模型，右侧的小块体模型为模具，之所以把模具的形状建立出来而不采用解析/离散刚体来建模，这个原因后面我会解释，由于Case 1采用的拉格朗日边界，为了达到稳定的结果，需要为金属丝建立足够长的几何形状，这样在金属丝的下端给定一个速度，则金属丝会在模具的限制下，产生塑性变形。

Case 2: 欧拉边界的模型

Case 2中金属丝的上下表面采用的是欧拉边界，解释一下“欧拉边界”（这个是我理解的，不对的话还请指正），其实这里我用到的关键字是REGION TYPE=EULERIAN，准确的说是将原先的朗格朗日边界的类型人工的设定为欧拉类型，这样的话金属丝就不用建立很长的几何尺寸，一定程度上避免了有限元模型尺寸的过大，因为在给定下端速度的欧拉边界后，金属的材料会从丝的进口端(Inflow)源源不断地“流入”，又从出口端(Outflow)源源不断地“流出”，但为了消除圣维南原理中的局部效应，金属丝的上下端均与成型区保持有足够的距离。

材料属性                                                                                   

为了有对比性，两个Case的材料属性均一致，其中：金属丝的弹性模量为38GPa，初始屈服应力为27MPa，泊松比为0.33，密度是2672 kg/m^3.

边界条件                                                                           

Case 1：为模具施加了Rigid body约束，把模具强制为刚体，并给出刚体参考点，如图所示；


模具与金属丝之间建立Surface-Surface接触条件，并给定摩擦系数0.05，其中，法向的接触属性给定的是“硬接触（Hard Contact）”，如图所示：

为刚体参考点施加固支约束，如图所示：

为金属丝的下表面施加速度边界（Velocity），其中，速度施加的幅值曲线采用的是Smooth形式加载，以模拟准静态过程，如图所示：

Case 2：边界条件与Case 1基本相同，所不用的是Cace 2中，为金属丝的上下表面都设定了欧拉类型的边界，同时，为了防止网格畸变过大，必须在Step模块为金属丝设定ALE参数，详细的操作在下一节有描述。

建模要点                                                                           

“别人无法重复其结果”——这句话应该是讥讽的意味吧，所以本帖子中给出建模过程中的几个要点以及需要注意的地方，以方便读者重复。

1）Case 2中，在Step模块下，需要为金属丝的模型设定ALE参数，其中，频率需要设定为1（维持缺省设置也是可以的，不过用CAE提交Job时会报错，解决方法：采用Command提交即可），如图所示：

2）设定好ALE参数后，还要为金属丝的上下表面给定ALE自适应网格约束，目的是约束自适应的网格几何边界，避免计算过程中几何边界的突然“跳动”，如图所示：

3）为金属丝的上下表面建立Surface集合，如图所示：

4）Case 2中建模的重点在这步，由于拉格朗日边界和欧拉边界不可共存，所以需要手动修改之前设定的部分拉格朗日边界为欧拉边界，本算例共需修改3处，如图所示：

网格划分                                                                           

网格基本没有细致的操作，为了计算的效率，网格划分较粗糙，有心者可以划分更加的细致再计算，如图所示：
Case 1 :

Case 2:

结果对比                                                                           

对比了两种方法的Von mises等效应力云图和PEEQ云图，两者相差不是很大，如图所示：
                               Case 1                                                                      Case 2



给出两者的动画对比，由于附件大小限制，只能压制得比较小了，见谅啊。
  Case 1                                                                     Case 2

接二楼：

abaqus

接一楼：
我的疑问                                                                           
在Case 2计算过程中，我曾经尝试过采用并行计算，可是总是提示有错误，原以为是边界的问题，最后我确定了只要采用多CPU计算就过出现这个错误，如下所示：

    ***ERROR: The requested number of domains cannot be created due to
    restrictions in domain decomposition. The following limitations may
    be helpful in understanding this behavior:

    1. Contact pair requires that the surface nodes be in the same domain.
    In the case of kinematic contact, elements associated with
    the surface facets must also be in the same domain.
    2. An adaptive mesh domain must be contained within a single
    parallel domain. Nodes on the boundary between an adaptive
    mesh domain and a nonadaptive domain must not be shared
    with other parallel domains.
    3. All the nodes involved in a kinematic constraint must
    be in the same domain and must not be shared with other domains.
    4. Nodes associated with beam elements whose center of mass
    does not coincide with the location of the beam node or which
    use the *BEAM ADDED INERTIA option must be within a single domain.
如果是不采用多核计算，则不会出现这个问题，针对提示中的第二条，我也尝试过将模具也添加ALE参数，但错误提示还是这样。如果显式计算不支持并行的话，个人感觉有点失去显式计算这个问题的意义，还请大家指点迷津，谢谢！
金属丝成型过程中，无可避免的会出现摩擦生热以及塑性变形产生热量的现象，那么只有应力应变分析还略显不够，在下次的帖子中，我将为大家带来含有温度自由度的上述两种方法的对比分析，敬请期待！
结果对比                                                                           
对比两者的温度分布情况，如图所示：

                              Case 1                                                                 Case 2

Richy_Lai

楼主威武！！

独钓寒江_24

很好的资料，详尽透彻，很有指导和实用性，值得好好琢磨一下