Abaqus模拟反挤压例子与ALE
2016-12-06 10:39阅读：
“Abaqus模拟反挤压例子与ALE”出自技术邻专家victor007
先把动画贴上：
最近有学员问到材料大变形如何设置ALE的问题，于是自己做了一个反挤压的例子，例子中使用了ALE方法，希望能给初学者一些参考。其实帮助文档里面也有这个例子，只是有的朋友有可能觉得英语不好看懂，还有的是懒得看。
首先介绍一下ALE：
ALE (Arbitrary Lagrange-Euler)方法
连续介质力学中有两种经典的运动描述方法，描述有限元网格的运动时也采用这两种方法。
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一种是Lagrange描述，网格节点固定在物质点上并随之运动，因此在描述运动边界或者运动界面时非常方便，但当物质发生大变形时常常使网格纠缠，轻则严重影响了单元的近似精度，重则使坐标变换中的Jocobian行列式的值等于零或者负数，从而使计算中止或者引起严重的局部误差；
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另一种是Euler描述，网格节点固定在空间，始终不动，因此在描述大变形时没有纠缠问题，但也有两个缺点：(1)网格和物质的相对运动使处理对流效应更加困难；(2)无法精确确定运动边界或者运动界面的位置。
为了克服拉格朗日描述和欧拉描述各自的缺点，Noh和Hirt在研究有限差分法时提出了ALE描述法，后来又被Hughes,
Liu和Belytschko等人引入到有限元法中来。其基本思想是：计算网格不再固定，也不依附于流体质点，而是可以相对于坐标系作任意运动。由于这种描述既包
含Lagrange观点，可应用于带自由液面的流动，也保留了Euler观点，克服了纯Lagrange方法常见的网格畸变的不如意之处。自20世纪80年代中期以来，ALE描述已被广泛用来研究带自由液面的流体晃动问题、固体材料的大变形问题、流固耦合问题等等。
总结：
第一、 拉格朗日方法实质上是为了处理速度为常数的移动；
第二、 欧拉方法实质上处理不含时间的稳态问题；
第三、 ALE方法不仅仅可以处理上述两类问题，同时还可以处理大变形问题
然后介绍一下挤压工艺：
概念:将金属毛坯放入模具模腔强大的压力和一定的速度作用下，迫使金属从模腔中挤出，从而获得所需形状、尺寸以及具有一定力学性能的挤压件。
特点：
1、模具来控制金属流动
2、金属体积的大量转移来成形零件
按照挤压坯料的温度分类
(1)冷挤压:在回复温度以下的挤压。
(2)温挤压:将金属坯料加热到再结晶温度以下，回复温度以上某个适当的温度范围内进行的挤压。
(3)热挤压:将坯料加热至金属再结晶温度以上的某个温度范围内进行的挤压。
挤压的基本类型：
- 正挤压：金属被挤出方向与加压方向相同，适用于各种形状的实心杆形件、管件和环形件的挤压
- 反挤压:金属被挤出方向与加压方向相适用于各种截面形状的杯形件的挤压。
3.
复合挤压:一部分金属的挤出方向与力的方向相同，另一部分金属的挤出方向与加压方向相反，是正挤和反挤的复合。适用于各种复杂形状制件的挤压;改变凹模孔口或凸、凹模之间缝隙的轮廓形状，就可以挤出形状和尺寸不同的各种空心件和实心件。
最后就是仿真建模的一些细节
几何建模时使用的是轴对称的方法：
装配关系如图所示：
使用的是显式算法并设置了质量缩放
接触使用的接触对的方法：
ALE设置参数如下：
刚开始没有使用ALE，网格有穿透和畸变现象，结果比较差，使用ALE之后就比较好些了。注意，网格划分和ALE参数设置也会影响到结果和收敛性。
对比动画如下：
使用ALE唯一的不好就是不能使用多核CPU，不过三维的模型可以使用多核计算。
体会：
ABAQUS不是万能的，加上ALE也不会万能，如果调整了很多参数还是算不了，建议检查一下自己的模型问题。对于这种大变形问题，也许就是一个倒圆角就能影响全局，怎么样让材料更好的流动，更容易变形，不仅仅是仿真需要注意的问题，实际生产加工时也会考虑，不断的优化模具设计，说到这，一句特俗的话却是很有道理——“仿真给我们提供了一种更经济解决问题的途径。”
科研没有捷径，改善需要反复尝试，进步需要一起交流！
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