Abaqus从入门到精通（29）冲模过程仿真分析-下

4.6.8 定义边界条件和载荷

1．定义集合

在Module下拉列表框中选择Load选项，进入载荷编辑界面。选择菜单栏中的Tools→Set→Manager命令，弹出Set Manager对话框，依次创建下列集合。

（1）Set-Pchong集合：冲头上表面的参考点。

单击Create按钮，弹出Create Set对话框，在Name文本框中输入“Set-Pchong”，单击Continue按钮，选中冲头上表面的参考点RP，在视图区单击鼠标中键确认，Set-Pchong集合建立完毕。

（2）Set-Pjia集合：夹具上表面的参考点。

单击Create按钮，在弹出对话框的Name文本框中输入“Set-Pjia”，单击Continue按钮，选中夹具上表面的参考点RP，在视图区单击鼠标中键确认。

（3）Set-Pmo集合：模具上表面的参考点。

单击Create按钮，在弹出对话框的Name文本框中输入“Set-Pmo”，单击Continue按钮，选中模具上表面的参考点RP，在视图区单击鼠标中键确认。

（4）Set-maopi集合：整个毛坯壳体。

单 击 Create 按 钮 ， 在 弹 出 对 话 框 的 Name 文 本 框 中 输 入 “Setmaopi”，单击Continue按钮，选中毛坯，在视图区单击鼠标中键确认，如图4-65（a）所示。

（5）Set-PL集合：毛坯左端面的下端点。

单击Create按钮，在弹出对话框的Name文本框中输入“Set-PL”，单击Continue按钮，选中毛坯左端面最下方的点，如图4-65（b）所示，在视图区单击鼠标中键确认。

（6）Set-PR集合：毛坯右端面的下端点。

单击Create按钮，在弹出对话框的Name文本框中输入“Set-PR”，单击Continue按钮，选中毛坯右端面最下方的点，如图4-65（c）所示，在视图区单击鼠标中键确认。

集合定义完毕后，可以在Set Manager对话框中查看已定义的集合，如图4-66所示。

2．定义边界条件

根据分析步中所要完成的任务，下面分别对夹具、模具、冲头、毛坯及毛坯左右两侧下方端点建立边界条件。

创建夹具的边界条件。夹具在分析步1中有一个竖直朝向毛坯的位移 ， 在 分 析 步 3 中 ， 该 约 束 被 取 消 。 单 击 工 具 区 中 的 BoundaryCondition Manager图标，弹出Boundary Condition Manager对话框，具体创建过程如下。

单击Create按钮，弹出Create Boundary Condition对话框，在Name文本框中输入“BC-Pjia”，设置Step（分析步）为Step-jiechu1，在Typesfor Selected Step 选 项 组 中 选 择 Displacement/Rotation 选 项 ， 单 击Continue 按钮。弹出Region Selection 对话框，选择Set-Pjia ，单击Continue按钮。在弹出的Edit Boundary Condition对话框中选中U1、U2和UR3复选框，并在U2文本框中输入“-1E-008”，如图4-67（a）所示，单击OK按钮。

在Boundary Condition Manager对话框中，单击BC-Pjia在分析步3（Step-jiachi）下对应的Propagated，单击右侧的Edit按钮，在弹出的Edit Boundary Condition对话框中取消选中U2复选框，如图4-67（b）所示，单击OK按钮。

3．创建冲头的边界条件

冲头在分析步1中被固定在毛坯上方，与毛坯虚接触；在分析步4中，给冲头一个竖直朝向毛坯的位移，使其与毛坯发生稳定接触；在分析步5中，冲头将毛坯冲压成形。打开Boundary Condition Manager对话框，具体创建过程如下。

单击Create按钮，弹出Create Boundary Condition对话框，在Name文本框中输入“BC-Pchong”，设置Step为Step-jiechu1，在Types forSelected Step选项组中选择Displacement/Rotation选项，单击Continue按钮。弹出Region Selection对话框，选择Set-Pchong，单击Continue按钮。在弹出的Edit Boundary Condition对话框中选中U1、U2和UR3复选框，如图4-68（a）所示，单击OK按钮。

在Boundary Condition Manager对话框中，单击BC-Pchong在分析步4（Step-jiechu2）下对应的Propagated，单击右侧的Edit按钮，弹出Edit Boundary Condition对话框，在U2文本框中输入“-0.001”，如图4-68（b）所示，单击OK按钮。

同 样 ， 单 击 BC-Pchong 在 分 析 步 5 （ Step-chongya ） 下 对 应 的Propagated，单击右侧的Edit按钮，弹出Edit Boundary Condition对话框，在U2文本框中输入“-10”，如图4-68（c）所示，单击OK按钮。

4．创建模具的边界条件

模具在分析步1中有一个竖直朝向毛坯的位移，并一直保持至模拟计算结束。打开Boundary Condition Manager对话框，具体创建过程如下。

单击Create按钮，弹出Create Boundary Condition对话框，在Name文 本 框 中 输 入 “BC-Pmo” ， 设 置 Step 为 Step-jiechu1 ， 在 Types forSelected Step选项组中选择Displacement/Rotation选项，单击Continue按钮。弹出Region Selection对话框，选择Set-Pmo，单击Continue按钮。

在弹出的Edit Boundary Condition对话框中选中U1、U2和UR3复选框，并在U2文本框中输入“-1E-008”，如图4-69所示，单击OK按钮。图4-68 Edit Boundary Condition对话框2

5．创建毛坯的边界条件

根据毛坯在仿真过程中的运动状态，在分析步1中对毛坯施加对称边界约束，并一直保持至模拟计算结束。打开Boundary ConditionManager对话框，具体创建过程如下。

单击Create按钮，弹出Create Boundary Condition对话框，在Name文本框中输入“BC-Pmaopi”，设置Step为Step-jiechu1，在Types forSelected Step选项组中选择Symmetry/Antisymmetry/Encastre选项，单击Continue按钮。弹出Region Selection对话框，选择Set-maopi，单击Continue 按 钮 。 在 弹 出 的 Edit Boundary Condition 对 话 框 中 选 中XSYMM(U1=UR2=UR3=0)单选按钮，如图4-70所示，单击OK按钮。

创建毛坯左、右端面下端点的边界条件，为防止毛坯产生初始运动，本文将固定毛坯左、右端面下端点。在分析步2中，由于毛坯与夹具、冲头已建立接触，能够保证毛坯右端面位置，因此解除对毛坯右端点的约束；而在分析步4中，冲头向毛坯移动并与毛坯发生接触，此时解除毛坯左端点的约束。打开Boundary Condition Manager对话框，具体创建过程如下。

单击Create按钮，弹出Create Boundary Condition对话框，在Name文本框中输入“BC-PR”，设置Step为Step-jiechu1，在Types for SelectedStep选项组中选择Displacement/Rotation选项，单击Continue按钮。弹出Region Selection对话框，选择Set-PR，单击Continue按钮。在弹出的Edit Boundary Condition对话框中选中U2复选框，如图4-71（a）所示，单击OK按钮。在Boundary Condition Manager对话框中，单击BCPR 在 分 析 步 2 （ Step-yichu ） 下 对 应 的 Propagated ， 单 击 右 侧 的Deactivate（解除）按钮。

同样，单击Create按钮，弹出Create Boundary Condition对话框，在Name文本框中输入“BC-PL”，设置Step为Step-jiechu1，在Types forSelected Step选项组中选择Displacement/Rotation选项，单击Continue按钮。在弹出的Region Selection对话框中选择Set-PL，单击Continue按钮。在弹出的Edit Boundary Condition对话框中选中U2复选框，如图4-71（b）所示，单击OK按钮。在Boundary Condition Manager对话框中，单击BC-PL在分析步4（Step-jiechu2）下对应的Propagated，单击右侧的Deactivate按钮。

在Boundary Condition Manager对话框中可以看到上述创建的边界条件已列于表中，如图4-72所示。

6．定义载荷

创建夹持力。在分析步3中，对夹具施加一个竖直向下的夹持力，该作用力的作用效果将延续至仿真结束。单击工具区中的LoadManager图标，弹出Load Manager对话框，具体创建过程如下。

单击Create按钮，弹出Create Load对话框，在Name文本框中输入“Load-jia” ， 设 置 Step 为 分 析 步 3 （ Step-jiachi ） ， 载 荷 类 型 为Concentrated force（集中力），如图4-73所示，单击Continue按钮。在弹出的Region Selection对话框中选择Set-Pjia，单击Continue按钮。弹出Edit Load对话框，在CF2文本框中输入“-440000”，如图4-74所示，单击OK按钮。

7．创建载荷力

在分析步4中，由于毛坯只在两端点对U2位移进行了约束，当压头与毛坯进行初步接触时，毛坯其他部位有可能发生振颤，导致计算不收敛。因此，可在毛坯上施加一个负向分布力，该力应远小于夹具的集中力，并且当冲头与毛坯建立了稳定接触后解除该力的作用。单

击工具区中的Load Manager图标，弹出Load Manager对话框，具体创建过程如下。

单击Create按钮，弹出Create Load对话框，在Name文本框中输入“Load- fangzhen”，设置Step为分析步4（Step-jiechu2），载荷类型为Pressure（压力），如图4-75所示，单击Continue按钮。在弹出的Region Selection对话框中选择Surf-maopi-T，单击Continue按钮。弹出Edit Load对话框，在Magnitude文本框中输入“-100”，如图4-76所示，单击OK按钮。

在Load Manager对话框中，单击Load-fangzhen在分析步5（Stepchongya）下对应的Propagated，单击右侧的Deactivate按钮，解除分析步5中载荷力的作用，如图4-77所示，单击OK按钮。

4.6.9 划分网格

在Module下拉列表框中选择Mesh选项进入网格功能界面，在窗口顶部的环境栏中设置Object为Part:Part-maopi。由于冲头、夹具和模具是解析刚体，因此在分析过程中不需为其定义材料和截面属性，也不必为其划分网格。下面为毛坯划分网格。

1．设置局部种子

单击工具区中的Seed Edges图标 ，接住Shift键，分别选择毛坯上、下两条长边，单击鼠标中键确认，弹出Local Seeds（局部种子）对话框，选中By number单选按钮，在Number of elements文本框中输入“60”，如图4-78所示，单击OK按钮，长边种子布置完毕。

利用同样的方法为两个短边布置局部种子，种子数量为4。整个部件种子布置完毕后如图4-79所示。

2．定义网格属性

单击工具区中的Assign Mesh Controls图标，在视图区将部件全选，并单击鼠标中键，弹出Mesh Controls（网格控制）对话框，设置Element Shape为Quad，Technique为Structured，如图4-80所示，单击OK按钮。

3．设定单元类型

单击工具区中的Assign Element Type图标 ，在视图区将部件全选，并单击鼠标中键，弹出Element Type对话框，设置Geometric Order为Linear（线性），在Quad选项卡中选中Reduced integration（减缩积分）复选框，其他保持默认值，此时的单元类型为CPS4R，如图4-81所示，单击OK按钮。

注意：对于表面间的接触，通常采用一阶单元，同时，若部件发生弯曲变形，采用减缩积分单元或非协调模式单元可避免完全积分中的自锁现象。

4．划分网格

单击工具区中的Mesh Part图标，在视图区单击鼠标中键，完成网格的划分，如图4-82所示。

4.6.10 提交分析作业

在 Module 下 拉 列 表 框 中 选 择 Job 选 项 ， 单 击 工 具 区 中 的 JobManager图标，弹出Job Manager对话框，单击Create按钮。弹出CreateJob对话框，设置Name为Job-jiechu2，如图4-83所示，单击Continue按钮。弹出Edit Job对话框，保持各默认值不变，单击OK按钮。

此时新创建的作业显示在Job Manager对话框中，如图4-84所示。单击工具栏中的按钮来保存所建的模型，然后单击Submit按钮提交分析。

单击Monitor按钮，打开Job-jiechu2 Monitor对话框，进行分析，分析完成后，单击Dismiss按钮，关闭对话框，然后单击Results按钮，进入Visualization模块。

4.6.11 后处理

1．显示Mises应力的云纹图和动画

在Visualization模块中，单击Plot Contours on Deformed Shape按钮来查看Mises应力的云纹图，单击按钮显示动画，查看分析结果是否异常，如图4-85所示为Mises应力的云纹图。

2．延展平面应力单位元来构造三维视图

ABAQUS中提供了将二维模型中的变量等值线图延展为三维视图的 方 法 ， 可 以 更 好 地 观 察 模 型 的 仿 真 结 果 。 选 择 菜 单 栏 中 的View→OBD Display Options（查看OBD显示选项）命令，弹出ODBDisplay Options 对 话 框 ， 选 择 Sweep/Extrude 选 项 卡 ， 选 中 Extrudeelements复选框，在Depth文本框中输入“10”，如图4-86所示，单击OK按钮，变量等值线三维视图如图4-87所示。

在变形图上绘制符号。单击工具区中的Plot Symbols on DeformedShape图标。在显示变形图上绘制符号，此时看到视图区中显示的是平面内的最大、最小和平面外应力的符号，如图4-88所示。若要显示其他变量，则可以通过选择菜单栏中的Result→Field Output命令，在弹出的Field Output对话框中进行设置。

（内容、图片来源：《ABAQUS 2020有限元分析从入门到精通》，侵删）

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