应用ANSYS软件进行变截面铝合金挤压工艺分析的方法与流程

技术领域：本发明涉及一种变截面铝合金挤压工艺的分析方法，尤其涉及一种应用带隐藏apdl语言的自制程序的ansys软件进行变截面铝合金挤压工艺分析的方法。

背景技术：
：

铝合金是工业应用中最广泛的一类有色金属结构材料，在航空、航天、汽车、机械制造以及船舶等行业中已经大量被应用。随着近年来科学技术以及工业经济的飞速发展，对铝合金挤压型材的需求也日益增多。

随着计算机科学的迅速发展，有限元数值模拟逐渐走进人们的视野。利用数值模拟软件进行生产工艺设计与优化，具有研发周期短，研发成本低的显著特点。

ansys软件是一款结构、流体、电场、磁场、声场等一系列分析于一体的大型通用有限元分析软件，能与多数cad软件接口，实现数据的共享和交换。但是ansys软件的针对性较差且界面操作较为复杂，这为从事铝合金挤压工艺设计的技术人员造成了很大的障碍。

apdl作为ansys的一种参数化设计语言能够完全的指导ansys进行的相应的操作。但是apdl语言的学习需要一定的时间和计算机逻辑语言功底，这又使得方便快捷的apdl成为了从事铝合金挤压工艺设计技术人员的又一大障碍。

技术实现要素：
：

发明目的：本发明提供一种应用ansys软件进行变截面铝合金挤压工艺分析的方法，其目的是解决以往所存在的问题。

技术方案：本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种应用ansys软件进行变截面铝合金挤压工艺分析的方法，其特征在于：所述方法通过隐藏自制程序实现对变截面铝合金挤压过程中数值模拟预处理，具体分析方法包括以下步骤：

步骤1)变截面铝合金挤压模具以及坯料的几何模型建立：采用vs2010编制自制程序完成对铝合金挤压模具以及坯料的几何模型建立、变截面铝合金挤压模具以及坯料的材料属性设置、网格划分以及边界条件的设置，最后生成ansys可执行的命令流程序；

步骤2)启动ansys软件：自制程序向ansys软件发送指令启动ansys软件，输入生成命令流文件，利用ansys进行求解计算；

步骤3)数据后处理：自制程序根据ansys软件的数据结果，提取变截面铝合金挤压过程中关键节点的应力时程响应数据，并将数据输出到指定位置；

步骤4)图像后处理：自制程序根据ansys软件的等效应力云图结果以及塑性应变结果，提取指定时间点的等效应力云图以及塑性应变云图，并将图像保存到指定位置。

所述步骤1)变截面铝合金挤压模具以及坯料的几何模型建立、网格划分、材料属性设定以及边界条件的施加，具体包括以下步骤：

步骤1.1)自制程序根据特定轴对称三道次变截面模具以及圆柱状坯料进行几何模型的建立，在自制程序中，用户在对应的几何模型参数对话框中输入设计的尺寸；

步骤1.2)自制程序将提供模具的弹性本构模型，即弹性模量和泊松比，坯料的弹塑性本构模型中考虑屈服强度和剪切模量，在自制程序中，用户在对应的材料参数对话框中输入实验获得的材料属性；

步骤1.3)自制程序将提供模型网格划分的全局尺寸定义，用户在对应的网格尺寸对话框中输入对应的全局网格尺寸；

步骤1.4)自制程序将提供变截面铝合金挤压过程的边界条件设置，对称边界条件以及模具固定边界条件在程序内部进行设定，在自制程序中，用户在对应的挤压速度或者挤压位移对话框中输入对应的实验条件；

步骤1.5)自制程序提供生成ansysapdl语言文件的按键，进行ansysapdl语言文件的生成。

所述步骤3)自制程序对ansys软件求解结果中的特定节点应力时程曲线输出，其具体方式为根据节点空间坐标对节点进行定位，获取节点编号，利用ansys的post26处理器，提取该节点的应力时程曲线结果，并且将应力时程曲线图保存在指定位置。

所述步骤4)自制程序对ansys软件求解结果图像的后处理，具体操作方法为利用ansys的post1处理器通过apdl语言进行控制，输出固定时刻的铝棒材的等效应力云图，并且将等效应力云图保存在指定位置。

步骤2)中输入生成命令流文件，利用ansys进行求解计算；其批处理方法为："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"。

步骤1.1)中自制程序根据特定轴对称三道次变截面模具以及圆柱状坯料进行几何模型的建立命令为：

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

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a,11,12,13,14

vrotat,2,,,,,,12,13,90,,

vrotat,1,,,,,,12,13,90,,。

步骤1.4)中自制程序将提供变截面铝合金挤压过程的边界条件设置，对称边界条件以及模具固定边界条件在程序内部进行设定，其命令为：

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。

优点及效果：

本发明是一种简化软件分析设置过程应用ansys软件进行变截面铝合金挤压工艺分析的方法，该方法能够使ansys软件有针对性的对变截面铝合金挤压工艺进行方便快捷的力学分析，以提高从业人员的工作效率。

本发明的目的就是建立一个隐藏apdl语言的自制程序，技术人员通过简单的操作就可以完成预先设定的数值模拟，从而最大程度的简化软件分析设置过程，使得变截面铝合金挤压工艺的数值模拟更加方便快捷。

附图说明：

图1是几何模型建立界面；

图2是材料属性设置界面；

图3是网格划分界面；

图4是边界条件加载界面；

图5是apdl命令流生成以及求解输出结果界面。

具体实施方式：下面结合附图对本发明做进一步的描述：

如图1所示，本发明提供一种应用ansys软件进行变截面铝合金挤压工艺分析的方法，该方法是利用自制程序对铝合金挤压模具以及坯料进行几何模型的建立，材料属性的设置、网格的划分、边界条件的施加、求解运算以及在指定的位置输出后处理结果。在本发明中，采用vs2010编制自制程序，通过自制程序首先对变截面铝合金挤压工艺进行预处理设定的窗口化建立，然后向ansys软件发送apdl命令对变截面铝合金挤压工艺过程进行模拟计算，最后在指定的文件夹输出相应的后处理结果。

步骤1)变截面铝合金挤压模具以及坯料的几何模型建立：采用vs2010编制自制程序完成对铝合金挤压模具以及坯料的几何模型建立、变截面铝合金挤压模具以及坯料的材料属性设置、网格划分以及边界条件的设置，最后生成ansys可执行的命令流程序；

步骤1.1)变截面铝合金挤压模具以及坯料的几何模型建立，如图1所示。在自制程序中，用户可以在对应的几何模型参数对话框中输入设计的尺寸，完成几何模型建立的过程。

步骤1.2)自制程序将提供模具的弹性本构模型，即弹性模量和泊松比，坯料的弹塑性本构模型中考虑屈服强度和剪切模量，如图2所示。在自制程序中，用户可以在对应的材料参数对话框中输入实验获得的材料属性；

步骤1.3)自制程序将提供模型网格划分的全局尺寸定义，如图3所示，用户可以在对应的网格尺寸对话框中输入对应的全局网格尺寸；

步骤1.4)自制程序将提供变截面铝合金挤压过程的边界条件设置，如图4所示，对称边界条件以及模具固定边界条件在程序内部进行设定，在自制程序中，用户可以在对应的挤压速度或者挤压位移对话框中输入对应的实验条件；

步骤1.5)自制程序提供生成ansysapdl语言文件的按键，进行ansysapdl语言文件的生成。

步骤2)制程序向ansys软件发送指令启动ansys软件，如图5所示，输入生成命令流文件，利用ansys进行求解计算。具体通过一个批处理文件的方法调用ansys软件读取自制程序生成的命令流文件，进行求解运算，其具体命令为"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"；

步骤3)数据后处理：通过将预先编写好的坯料节点空间坐标函数关系，获取该节点编号，提取改点时程应力曲线图以及将该曲线图以图片和数据的两种形式输出的apdl语句，预设置到自制程序的隐藏文件包中，以此实现在ansys读取apdl文件时进行数据后处理输出结果的操作；

步骤4)图像后处理：通过将预先编完成的固定时间间隔输出等效应力云图以及在指定文件夹输出图片的apdl语句，预设置到自制程序的隐藏文件包中，以此实现在ansys读取apdl文件时进行图像后处理输出结果的操作；

所述步骤3)自制程序对ansys软件求解结果中的特定节点应力时程曲线输出，其具体方式为根据节点空间坐标对节点进行定位，获取节点编号，利用ansys的post26处理器，提取该节点的应力时程曲线结果，并且将应力时程曲线图保存在指定位置。

所述步骤4)自制程序对ansys软件求解结果图像的后处理，具体操作方法为利用ansys的post1处理器通过apdl语言进行控制，输出固定时刻的铝棒材的等效应力云图，并且将等效应力云图保存在指定位置。

步骤2)中输入生成命令流文件，利用ansys进行求解计算；其批处理方法为："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"。

步骤1.1)中自制程序根据特定轴对称三道次变截面模具以及圆柱状坯料进行几何模型的建立命令为：

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

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步骤1.4)中自制程序将提供变截面铝合金挤压过程的边界条件设置，对称边界条件以及模具固定边界条件在程序内部进行设定，其命令为：

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