CN114218815A - 一种基于abaqus的磨损仿真模拟方法 - Google Patents

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宋世光
丁伟洋
张赛军
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Abstract

本发明公开了一种基于ABAQUS的磨损仿真模拟方法，包括以下步骤：首先是通过ABAQUS软件求解相应的模型获得odb结果文件，其中在场变量的选取中，应该根据磨损公式所需要的变量勾选对应的场变量对象；其次采用Python语言进行二次开发访问odb结果文件，从文件中提取所需要的数据带入到相应的磨损公式计算磨损值，并将各节点的磨损值存储在列表中，再通过for循环语句获得各磨损节点对应的节点编号并存储在另一个列表。最后建立新的场变量，将节点编号列表和磨损值列表带入该场变量内，从而将磨损值以云图的形式显示出来。根据不同的磨损情况，考虑不同的磨损公式和影响因素，可以使模拟计算结果更加准确。

Description

一种基于ABAQUS的磨损仿真模拟方法
技术领域
本发明涉及金属塑性成形设备的磨损仿真模拟技术领域，尤其涉一种基于ABAQUS的磨损仿真模拟方法。
背景技术
金属塑性成形设备价格昂贵加工困难，其在使用过程中会发生表面磨损，这不仅会影响设备的使用寿命，也会影响到产品的精度质量。而不同的设备材料磨损率大小不同，所以不同材料制成的同形状加工设备其磨损寿命也不同，而提前预知设备的使用寿命对企业很有必要。因此，准确仿真模拟金属塑性成形过程中的设备磨损对于预测设备的磨损寿命具有重要意义。
目前主要的模拟金属塑性成形设备磨损的软件为DYNAFORM和DEFORM，其内置Archard磨损公式，用户需要将材料磨损率、硬度等材料数据输入进去，软件自动通过模拟计算磨损量。但是Archard磨损模型具有片面性，不足以描述所有成型过程的磨损情况。目前针对Archard磨损模型，科研人员研究出来一系列Archard修正模型更加适用于特定情况下的磨损描述。而针对这些新型模型，DYNAFORM和DEFORM则无法很好处理，需要复杂的编程来实现(宁敏清.基于动态模型的冲压模具材料磨损寿命研究[D].湖南大学,2017.)。而通过ABAQUS的二次开发实现磨损的仿真则更加简便灵活。
发明内容
针对以上不足，本发明的目的在于提供一种基于ABAQUS二次开发模拟设备磨损的仿真方法，根据不同情况，可以考虑不同的磨损公式和影响因素，提高仿真模拟的准确性。该方法的特点是通过ABAQUS脚本接口，采用Python进行二次开发，提取仿真结果odb文件内的数据带入到用户选取的磨损公式中进行计算，最后再将计算好的磨损值通过Python语言写入odb文件内，使其在后处理中以云图的形式直观显示出来。
本发明至少通过如下技术方案之一实现。
一种基于ABAQUS的磨损仿真模拟方法，包括以下步骤：
S1、根据所求问题，将有限元模型导入ABAQUS软件，设置对应参数提交运算获得odb结果文件；
S2、在ABAQUS软件中基于Python语言进行二次开发访问odb结果文件，运算求取磨损值并绘制磨损云图。
优选的，在设置场输出的参数时，场输出的选择要根据磨损公式所需变量勾选，然后提交运算求解获得odb结果文件。
优选的，磨损公式为：
Figure BDA0003332474390000021
其中，h为磨损深度，T为温度，K(T)为磨损率关于温度T的函数，v为相对滑移速度，σn为接触表面法向压力，H(T)为材料硬度关于温度T的函数。
优选的，步骤S2中，使用openOdb命令访问odb结果文件，提取需要求解的分析步骤，并建立一个空字典，用于后面存储每一帧的磨损值列表。
优选的，步骤S2中，使用for循环语句对分析步的所有帧进行遍历，提取每一帧中所需的场变量对象。
优选的，在上一个for循环语句内，再次用for循环语句对每一个场变量对象进行遍历，提取该场变量在有限元模型表面节点的每一个对应值，并将这些值带入编写的磨损公式计算，然后将计算的磨损值添加到空列表中。
优选的，将遍历的每一帧求得的磨损值列表添加到建好的字典中，然后将所有的磨损值列表相加求和，获得这一分析步中有限元模型表面节点的磨损值列表。
优选的，使用for循环语句遍历有限元模型表面节点，获得每一节点的节点编号并将其添加到一个空列表中。
优选的，使用FieldOutput命令创建新的场变量，将存储节点编号的列表和存储磨损值的列表添加到场变量中，并为场变量起名字，然后使用save命令保存新的场变量。
优选的，使用ABAQUS软件打开所求的odb文件，打开时取消勾选Read-only选项，运行Run Script功能，绘制模型的磨损云图。
与现有的技术相比，本发明的有益效果为：根据不同的磨损情况，用户可以考虑不同的磨损公式和影响因素，用更加适合于所分析问题的磨损公式来计算磨损量，通过ABAQUS脚本接口，采用Python进行二次开发，将该磨损公式写入程序，从而提高磨损仿真模拟的准确性。
附图说明
图1是本实施例热冲压模具有限元模型；
图2是本实施例odb结果数据组成；
图3是本实施例热冲压模具凸模一次冲压磨损云图；
图4是本实施例热冲压模具凹模一次冲压磨损云图；
图5是本实施例不规则的冲压模具有限元模型；
图6是本实施例不规则的冲压模具凸模一次冲压磨损云图；
图7是本实施例不规则的冲压模具凹模一次冲压磨损云图；
图8是本实施例规则的冲压模具有限元模型；
图9是本实施例规则的凸模一次冲压磨损云图；
图10是本实施例规则的凹模一次冲压磨损云图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明进一步的说明，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
一种基于ABAQUS的磨损仿真模拟方法，包括以下步骤：
(1)如图1所示，首先将模具的有限元模型导入到ABAQUS软件中，根据相关仿真计算的要求设置好材料和冲压参数，然后创建Job文件提交运算，求解获得odb结果文件。在参数设置的过程中，场输出的选择要根据磨损公式所需变量勾选相应的场输出变量对象，本实例的场输出选择要勾选CSTRESS、FSLIPR、NT这几个变量。
(2)用Python进行二次开发，使用openOdb命令访问odb结果文件，odb结果数据组成及访问层级如图2所示,具体包括以下步骤：
(21)使用for循环语句对冲压分析步的所有帧进行遍历，对遍历的每一帧，提取CPRESS、FSLIPR、NT等场变量对象。然后在上一个for循环语句内，再次用for循环语句对CPRESS、FSLIPR、NT等列表进行遍历，提取其在模具表面每一个节点的压力、滑移速度和温度值，将这些值带入磨损公式进行计算，并将计算的磨损值添加到一个空列表中。本实例所选磨损公式为
Figure BDA0003332474390000051
其中，h为磨损深度，T为温度，K(T)为磨损率关于温度T的函数，v为相对滑移速度，σn为接触表面法向压力，H(T)为材料硬度关于温度T的函数。
(22)将遍历的每一帧求得的磨损值列表添加到一个空字典中，然后将字典中存储的每一帧表面节点的磨损值列表相加求和，获得冲压分析步过程模具表面每一节点的磨损值列表。
(23)再次使用for循环语句遍历模具表面节点，获得每一节点的节点编号并将其添加到一个空列表中。
(24)使用FieldOutput命令创建一个新的场变量，将存储节点编号的列表和存储磨损值的列表添加到场变量中，并为场变量起一个名字，然后使用save命令保存新的场变量。
(3)使用ABAQUS软件打开odb文件，打开时取消勾选Read-only选项，然后用RunScript选项运行Python二次开发编写的程序，使模具磨损值在ABAQUS软件的后处理中显示出来，如图3所示是凸模一次冲压完成后的磨损云图，如图4所示是凹模一次冲压完成后的磨损云图。
本发明适用于针对不同类型的磨损，编写不同的磨损公式来计算。作为其他的实施例，一种基于ABAQUS的磨损仿真模拟方法，包括以下步骤：
S1、如图5和图8的模型，根据所求模型，设置好相关参数提交运算获得odb结果文件；在设置场输出的参数时，场输出的选择要根据磨损公式所需变量勾选，然后提交运算求解获得odb结果文件。磨损公式为：
Figure BDA0003332474390000052
其中，h为磨损深度，T为温度，K(T)为磨损率关于温度T的函数，v为相对滑移速度，σn为接触表面法向压力，H(T)为材料硬度关于温度T的函数。
S2、采用Python语言进行二次开发访问odb结果文件：使用for循环语句对分析步的所有帧进行遍历，提取每一个帧中所需的场变量对象，在上一个for循环语句内，再次用for循环语句对每一个场变量对象进行遍历，提取该场变量在有限元模型表面节点的每一个对应值，并将这些值带入编写的磨损公式计算，然后将计算的磨损值添加到空列表中；将遍历的每一帧求得的磨损值列表添加到建好的字典中，然后将所有的磨损值列表相加求和，获得这一分析步中有限元模型表面节点的磨损值列表，再次使用for循环语句遍历模具表面节点，获得每一节点的节点编号并将其添加到一个空列表中；使用FieldOutput命令创建新的场变量，将存储节点编号的列表和存储磨损值的列表添加到场变量中，并为场变量起名字，然后使用save命令保存新的场变量；使用ABAQUS软件打开所求的odb文件，打开时取消勾选Read-only选项，运行Run Script功能，绘制模型的磨损云图。图5和图8其对应的凸模一次冲压磨损云图分别如图6、图9所示，凹模一次冲压磨损云图分别如图7、图10所示。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种基于ABAQUS的磨损仿真模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据所求问题，将有限元模型导入ABAQUS软件，设置对应参数提交运算获得odb结果文件；
S2、在ABAQUS软件中基于Python语言进行二次开发访问odb结果文件，运算求取磨损值并绘制磨损云图。
2.根据权利要求1所述的一种基于ABAQUS的磨损仿真模拟方法，其特征在于，在设置场输出的参数时，场输出的选择要根据磨损公式所需变量勾选，然后提交运算求解获得odb结果文件。
3.根据权利要求2所述的一种基于ABAQUS的磨损仿真模拟方法，其特征在于，磨损公式为：
Figure FDA0003332474380000011
其中，h为磨损深度，T为温度，K(T)为磨损率关于温度T的函数，v为相对滑移速度，σn为接触表面法向压力，H(T)为材料硬度关于温度T的函数。
4.根据权利要求1所述的一种基于ABAQUS的磨损仿真模拟方法，其特征在于，步骤S2中，使用openOdb命令访问odb结果文件，提取需要求解的分析步骤，并建立一个空字典，用于后面存储每一帧的磨损值列表。
5.根据权利要求1所述的一种基于ABAQUS的磨损仿真模拟方法，其特征在于，步骤S2中，使用for循环语句对分析步的所有帧进行遍历，提取每一帧中所需的场变量对象。
6.根据权利要求5所述的一种基于ABAQUS的磨损仿真模拟方法，其特征在于，在上一个for循环语句内，再次用for循环语句对每一个场变量对象进行遍历，提取该场变量在有限元模型表面节点的每一个对应值，并将这些值带入编写的磨损公式计算，然后将计算的磨损值添加到空列表中。
7.根据权利要求6所述的一种基于ABAQUS的磨损仿真模拟方法，其特征在于，将遍历的每一帧求得的磨损值列表添加到建好的字典中，然后将所有的磨损值列表相加求和，获得这一分析步中有限元模型表面节点的磨损值列表。
8.根据权利要求7所述的一种基于ABAQUS的磨损仿真模拟方法，其特征在于，使用for循环语句遍历有限元模型表面节点，获得每一节点的节点编号并将其添加到一个空列表中。
9.根据权利要求8所述的一种基于ABAQUS的磨损仿真模拟方法，其特征在于，使用FieldOutput命令创建新的场变量，将存储节点编号的列表和存储磨损值的列表添加到场变量中，并为场变量起名字，然后使用save命令保存新的场变量。
10.根据权利要求9所述的一种基于ABAQUS的磨损仿真模拟方法，其特征在于，使用ABAQUS软件打开所求的odb文件，打开时取消勾选Read-only选项，运行Run Script功能，绘制模型的磨损云图。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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