[发明专利]一种模拟型钢切深孔轧制过程的网格生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及有限元工程分析的前处理领域，尤其涉及一种模拟型钢切深孔轧制过程的网格生成方法。

背景技术

由于型钢结构的特殊性，在轧制生产过程中需要采用切深孔对钢坯进行不均匀压下变形。钢坯变形、受力过程复杂，为了对该过程进行准确了解和掌握，并能够精确控制轧件尺寸规格，需要借助有限元模拟的方法。对于钢轨轧制过程的模拟，由于其复杂的变形过程，因此需要建立三维有限元模型进行模拟，轧件采用八结点六面体等参考单元进行划分。有限元网格生成是有限元分析的前提条件，它将物体划分为有限个单元，单元间通过有限个结点相互连接。在进行有限元分析时，有限元网格的单元可看作是对实际物体的切分，单元的变形将会体现所对应区域的金属的流动和变形。对应实际变形大的地方，单元变形大，实际变形小的地方，单元变形小。选择适合的有限元网格不仅可以提高计算精度，而且可以提高运算效率，可以起到事半功倍的作用。对于切深孔来说，轧件局部变形显著，对应于变形显著地位置的网格单元在后续变形过程中容易发生网格畸变，造成计算的意外终止。

对比专利CN200510121431.4一种生成三维有限元网格的方法中介绍了一种生成三维有限元网格的方法，首先在对象实体三维模型的表面进行二维面网格划分，然后通过投影轮廓线建立起来的实体基本网格来产生包围三维模型的实体基本网格，最后将二维面网格插入到实体基本网格之后，去除对象实体面网格之外的实体网格，得到最终需要的实体三维网格。这种方法能够有效获得三维实体的网格划分，但是二维网格划分较为粗糙，且不是针对轧制过程模拟进行网格划分。根据其技术特征无法获得满足模拟切深孔轧制过程的网格划分。

在许秀梅、张文志的钢轨万能轧制过程的数值模拟，塑性工程学报，2005，12(4)：47-50的文献1中，对钢轨最后一道次精轧过程进行有限元模拟，采用不均匀的网格划分方法对轧件断面进行网格划分，轧件表面单元尺寸较小，轧件心部单元尺寸略大，所有断面上单元的x和y方向上的尺寸基本相当。从文中可以看出，作者将这种网格划分方法应用于轧制的最后一个道次，同论文中也可以看出该轧制道次压下量非常小，轧件变形不显著。采用这样的网格划分方法，适用于变形较小的加工过程。

在王永明、周剑华、吴迪、王秉毅的60kg/m钢轨在四辊万能孔型中的变形研究，轧钢，2008，25(5)：26-28.文献2中，采用有限元模拟方法对60kg/m钢轨在四辊万能孔型中的变形进行了模拟研究，即钢轨精轧过程中第一道次的轧制过程。文中作者采用较为均匀的网格进行划分，模拟对象为变形较为均匀的轧制过程，并不适用于不均匀、大变形轧制过程的模拟。

发明内容

本发明的目的是提供一种模拟型钢切深孔轧制过程的网格生成方法，针对切深孔轧制过程提供一种快速、高质量、有利于进行模拟分析的三维有限元网格划分方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

一种模拟型钢切深孔轧制过程的网格生成方法，包括以下步骤：

101、在轧件初始形状位于二维平面内的轮廓边界上进行种子点设置；

102、在二维平面内进行网格划分，生成四边形单元；

103、将二维平面网格进行扩展，得到三维有限元网格，即采用八结点六面体网格划分的轧件模型。

进一步，本发明在步骤101之前还包括以下步骤：获得该轧制道次坯料的二维形状轮廓，并确认该二维形状轮廓闭合。

进一步，本发明所述步骤101包括以下步骤：

301、将坯料二维轮廓长度与切深孔孔型轮廓长度进行对比，二者之比作为基数，将两个轮廓相对应地划分为若干区域，对应区域长度之比与基数进行比较，小于基数的即是变形显著的区域，大于基数的即是变形平缓的区域；

302、对于变形显著的区域采用较细密的种子点，对于变形不显著的区域采用稀疏的种子点设定，介于两者中间的变形区采用介于两种稀疏程度中间的密度划分种子点。

进一步，本发明所述步骤102包括以下步骤：

401、二维平面内的网格划分采用MSC.Mentat自动计算网格的方法，一次生成一个单元，从区域的边界向内部逐渐生成全域网格；

402、基于致密的种子点生成的网格较密，稀疏的种子点生成的网格较稀疏，两者间通过过渡区来获得疏密网格的过渡；

403、调整除种子点外的单元节点位置，将小尺寸的单元沿压下变形方向增加单元长度，同时减小大尺寸单元沿压下变形方向的单元大小；

404、最终获得的有限元网格在沿压下方向的单元尺寸基本相当；