技術(shù)領(lǐng)域：本發(fā)明涉及一種變截面鋁合金擠壓工藝的分析方法，尤其涉及一種應(yīng)用帶隱藏apdl語言的自制程序的ansys軟件進(jìn)行變截面鋁合金擠壓工藝分析的方法。

背景技術(shù)：
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鋁合金是工業(yè)應(yīng)用中最廣泛的一類有色金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、汽車、機(jī)械制造以及船舶等行業(yè)中已經(jīng)大量被應(yīng)用。隨著近年來科學(xué)技術(shù)以及工業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，對鋁合金擠壓型材的需求也日益增多。

隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的迅速發(fā)展，有限元數(shù)值模擬逐漸走進(jìn)人們的視野。利用數(shù)值模擬軟件進(jìn)行生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)與優(yōu)化，具有研發(fā)周期短，研發(fā)成本低的顯著特點(diǎn)。

ansys軟件是一款結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場等一系列分析于一體的大型通用有限元分析軟件，能與多數(shù)cad軟件接口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享和交換。但是ansys軟件的針對性較差且界面操作較為復(fù)雜，這為從事鋁合金擠壓工藝設(shè)計(jì)的技術(shù)人員造成了很大的障礙。

apdl作為ansys的一種參數(shù)化設(shè)計(jì)語言能夠完全的指導(dǎo)ansys進(jìn)行的相應(yīng)的操作。但是apdl語言的學(xué)習(xí)需要一定的時(shí)間和計(jì)算機(jī)邏輯語言功底，這又使得方便快捷的apdl成為了從事鋁合金擠壓工藝設(shè)計(jì)技術(shù)人員的又一大障礙。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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發(fā)明目的：本發(fā)明提供一種應(yīng)用ansys軟件進(jìn)行變截面鋁合金擠壓工藝分析的方法，其目的是解決以往所存在的問題。

技術(shù)方案：本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的：

一種應(yīng)用ansys軟件進(jìn)行變截面鋁合金擠壓工藝分析的方法，其特征在于：所述方法通過隱藏自制程序?qū)崿F(xiàn)對變截面鋁合金擠壓過程中數(shù)值模擬預(yù)處理，具體分析方法包括以下步驟：

步驟1)變截面鋁合金擠壓模具以及坯料的幾何模型建立：采用vs2010編制自制程序完成對鋁合金擠壓模具以及坯料的幾何模型建立、變截面鋁合金擠壓模具以及坯料的材料屬性設(shè)置、網(wǎng)格劃分以及邊界條件的設(shè)置，最后生成ansys可執(zhí)行的命令流程序；

步驟2)啟動ansys軟件：自制程序向ansys軟件發(fā)送指令啟動ansys軟件，輸入生成命令流文件，利用ansys進(jìn)行求解計(jì)算；

步驟3)數(shù)據(jù)后處理：自制程序根據(jù)ansys軟件的數(shù)據(jù)結(jié)果，提取變截面鋁合金擠壓過程中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力時(shí)程響應(yīng)數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)輸出到指定位置；

步驟4)圖像后處理：自制程序根據(jù)ansys軟件的等效應(yīng)力云圖結(jié)果以及塑性應(yīng)變結(jié)果，提取指定時(shí)間點(diǎn)的等效應(yīng)力云圖以及塑性應(yīng)變云圖，并將圖像保存到指定位置。

所述步驟1)變截面鋁合金擠壓模具以及坯料的幾何模型建立、網(wǎng)格劃分、材料屬性設(shè)定以及邊界條件的施加，具體包括以下步驟：

步驟1.1)自制程序根據(jù)特定軸對稱三道次變截面模具以及圓柱狀坯料進(jìn)行幾何模型的建立，在自制程序中，用戶在對應(yīng)的幾何模型參數(shù)對話框中輸入設(shè)計(jì)的尺寸；

步驟1.2)自制程序?qū)⑻峁┠＞叩膹椥员緲?gòu)模型，即彈性模量和泊松比，坯料的彈塑性本構(gòu)模型中考慮屈服強(qiáng)度和剪切模量，在自制程序中，用戶在對應(yīng)的材料參數(shù)對話框中輸入實(shí)驗(yàn)獲得的材料屬性；

步驟1.3)自制程序?qū)⑻峁┠Ｐ途W(wǎng)格劃分的全局尺寸定義，用戶在對應(yīng)的網(wǎng)格尺寸對話框中輸入對應(yīng)的全局網(wǎng)格尺寸；

步驟1.4)自制程序?qū)⑻峁┳兘孛驿X合金擠壓過程的邊界條件設(shè)置，對稱邊界條件以及模具固定邊界條件在程序內(nèi)部進(jìn)行設(shè)定，在自制程序中，用戶在對應(yīng)的擠壓速度或者擠壓位移對話框中輸入對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件；

步驟1.5)自制程序提供生成ansysapdl語言文件的按鍵，進(jìn)行ansysapdl語言文件的生成。

所述步驟3)自制程序?qū)nsys軟件求解結(jié)果中的特定節(jié)點(diǎn)應(yīng)力時(shí)程曲線輸出，其具體方式為根據(jù)節(jié)點(diǎn)空間坐標(biāo)對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位，獲取節(jié)點(diǎn)編號，利用ansys的post26處理器，提取該節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力時(shí)程曲線結(jié)果，并且將應(yīng)力時(shí)程曲線圖保存在指定位置。

所述步驟4)自制程序?qū)nsys軟件求解結(jié)果圖像的后處理，具體操作方法為利用ansys的post1處理器通過apdl語言進(jìn)行控制，輸出固定時(shí)刻的鋁棒材的等效應(yīng)力云圖，并且將等效應(yīng)力云圖保存在指定位置。

步驟2)中輸入生成命令流文件，利用ansys進(jìn)行求解計(jì)算；其批處理方法為："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"。

步驟1.1)中自制程序根據(jù)特定軸對稱三道次變截面模具以及圓柱狀坯料進(jìn)行幾何模型的建立命令為：

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

k,14,0,gl

a,11,12,13,14

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

vrotat,1,,,,,,12,13,90,,。

步驟1.4)中自制程序?qū)⑻峁┳兘孛驿X合金擠壓過程的邊界條件設(shè)置，對稱邊界條件以及模具固定邊界條件在程序內(nèi)部進(jìn)行設(shè)定，其命令為：

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。

優(yōu)點(diǎn)及效果：

本發(fā)明是一種簡化軟件分析設(shè)置過程應(yīng)用ansys軟件進(jìn)行變截面鋁合金擠壓工藝分析的方法，該方法能夠使ansys軟件有針對性的對變截面鋁合金擠壓工藝進(jìn)行方便快捷的力學(xué)分析，以提高從業(yè)人員的工作效率。

本發(fā)明的目的就是建立一個隱藏apdl語言的自制程序，技術(shù)人員通過簡單的操作就可以完成預(yù)先設(shè)定的數(shù)值模擬，從而最大程度的簡化軟件分析設(shè)置過程，使得變截面鋁合金擠壓工藝的數(shù)值模擬更加方便快捷。

附圖說明：

圖1是幾何模型建立界面；

圖2是材料屬性設(shè)置界面；

圖3是網(wǎng)格劃分界面；

圖4是邊界條件加載界面；

圖5是apdl命令流生成以及求解輸出結(jié)果界面。

具體實(shí)施方式：下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的描述：

如圖1所示，本發(fā)明提供一種應(yīng)用ansys軟件進(jìn)行變截面鋁合金擠壓工藝分析的方法，該方法是利用自制程序?qū)︿X合金擠壓模具以及坯料進(jìn)行幾何模型的建立，材料屬性的設(shè)置、網(wǎng)格的劃分、邊界條件的施加、求解運(yùn)算以及在指定的位置輸出后處理結(jié)果。在本發(fā)明中，采用vs2010編制自制程序，通過自制程序首先對變截面鋁合金擠壓工藝進(jìn)行預(yù)處理設(shè)定的窗口化建立，然后向ansys軟件發(fā)送apdl命令對變截面鋁合金擠壓工藝過程進(jìn)行模擬計(jì)算，最后在指定的文件夾輸出相應(yīng)的后處理結(jié)果。

步驟1)變截面鋁合金擠壓模具以及坯料的幾何模型建立：采用vs2010編制自制程序完成對鋁合金擠壓模具以及坯料的幾何模型建立、變截面鋁合金擠壓模具以及坯料的材料屬性設(shè)置、網(wǎng)格劃分以及邊界條件的設(shè)置，最后生成ansys可執(zhí)行的命令流程序；

步驟1.1)變截面鋁合金擠壓模具以及坯料的幾何模型建立，如圖1所示。在自制程序中，用戶可以在對應(yīng)的幾何模型參數(shù)對話框中輸入設(shè)計(jì)的尺寸，完成幾何模型建立的過程。

步驟1.2)自制程序?qū)⑻峁┠＞叩膹椥员緲?gòu)模型，即彈性模量和泊松比，坯料的彈塑性本構(gòu)模型中考慮屈服強(qiáng)度和剪切模量，如圖2所示。在自制程序中，用戶可以在對應(yīng)的材料參數(shù)對話框中輸入實(shí)驗(yàn)獲得的材料屬性；

步驟1.3)自制程序?qū)⑻峁┠Ｐ途W(wǎng)格劃分的全局尺寸定義，如圖3所示，用戶可以在對應(yīng)的網(wǎng)格尺寸對話框中輸入對應(yīng)的全局網(wǎng)格尺寸；

步驟1.4)自制程序?qū)⑻峁┳兘孛驿X合金擠壓過程的邊界條件設(shè)置，如圖4所示，對稱邊界條件以及模具固定邊界條件在程序內(nèi)部進(jìn)行設(shè)定，在自制程序中，用戶可以在對應(yīng)的擠壓速度或者擠壓位移對話框中輸入對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件；

步驟1.5)自制程序提供生成ansysapdl語言文件的按鍵，進(jìn)行ansysapdl語言文件的生成。

步驟2)制程序向ansys軟件發(fā)送指令啟動ansys軟件，如圖5所示，輸入生成命令流文件，利用ansys進(jìn)行求解計(jì)算。具體通過一個批處理文件的方法調(diào)用ansys軟件讀取自制程序生成的命令流文件，進(jìn)行求解運(yùn)算，其具體命令為"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"；

步驟3)數(shù)據(jù)后處理：通過將預(yù)先編寫好的坯料節(jié)點(diǎn)空間坐標(biāo)函數(shù)關(guān)系，獲取該節(jié)點(diǎn)編號，提取改點(diǎn)時(shí)程應(yīng)力曲線圖以及將該曲線圖以圖片和數(shù)據(jù)的兩種形式輸出的apdl語句，預(yù)設(shè)置到自制程序的隱藏文件包中，以此實(shí)現(xiàn)在ansys讀取apdl文件時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)后處理輸出結(jié)果的操作；

步驟4)圖像后處理：通過將預(yù)先編完成的固定時(shí)間間隔輸出等效應(yīng)力云圖以及在指定文件夾輸出圖片的apdl語句，預(yù)設(shè)置到自制程序的隱藏文件包中，以此實(shí)現(xiàn)在ansys讀取apdl文件時(shí)進(jìn)行圖像后處理輸出結(jié)果的操作；

所述步驟3)自制程序?qū)nsys軟件求解結(jié)果中的特定節(jié)點(diǎn)應(yīng)力時(shí)程曲線輸出，其具體方式為根據(jù)節(jié)點(diǎn)空間坐標(biāo)對節(jié)點(diǎn)進(jìn)行定位，獲取節(jié)點(diǎn)編號，利用ansys的post26處理器，提取該節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力時(shí)程曲線結(jié)果，并且將應(yīng)力時(shí)程曲線圖保存在指定位置。

所述步驟4)自制程序?qū)nsys軟件求解結(jié)果圖像的后處理，具體操作方法為利用ansys的post1處理器通過apdl語言進(jìn)行控制，輸出固定時(shí)刻的鋁棒材的等效應(yīng)力云圖，并且將等效應(yīng)力云圖保存在指定位置。

步驟2)中輸入生成命令流文件，利用ansys進(jìn)行求解計(jì)算；其批處理方法為："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"。

步驟1.1)中自制程序根據(jù)特定軸對稱三道次變截面模具以及圓柱狀坯料進(jìn)行幾何模型的建立命令為：

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

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a,11,12,13,14

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

vrotat,1,,,,,,12,13,90,,。

步驟1.4)中自制程序?qū)⑻峁┳兘孛驿X合金擠壓過程的邊界條件設(shè)置，對稱邊界條件以及模具固定邊界條件在程序內(nèi)部進(jìn)行設(shè)定，其命令為：

nsel,s,loc,y,gl

d,all,uy,-gsw

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