金属板料冲裁过程的有限元模拟

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1、第卷第期今鸡学妓年月金属板料冲裁过程的有限元模拟方刚曾攀清华大学机械五程系,北京摘要介绍了利用弹塑性有限元对金属冲裁加模拟的基本原理,包括弹塑性大变形模拟、材料断裂破坏模拟以及网格乖划分等技术利用商业化有限元程序一对不锈钢板料的冲裁艺进行厂模拟,模兵采用刚体模型,几,、材料断裂破坏采一扩展以及材料断裂分离的过件采用弹塑性模型用破坏准则分析厂冲裁过程中裂纹生成程,冲裁力的变化等,模拟结果中的材料断裂和冲裁力的变化与已发表文献中的实验结果致关键词冲,金属板料,韧性断裂,有限元方法裁龙一一一中图法分类号文献标识码文章编号矛乙咬,召刃几,,石又,里右忍留忍‘划,二,‘忍叩夕。,一乞夕回。夕一一,一

2、一一,一,一,一,,一,,丫,,,冲裁是利用模具使板料产生分离的冲压工序,包括落在冲裁加工中,不同的工艺参数会引起不同的断面质里与料、冲孔、切口、剖切、修边等用它可以制作零件或为裂纹扩展方式,研究冲裁断裂对防正工件缺陷、抑制撕裂、‘弯曲拉深成形等工序准备毛坯冲裁作为一种常用的及控制裂纹走向有重要意义冲裁工艺的数值模拟主要日重要锻压工艺,得到了大量的研究,但与其他工艺,例如的是预测断裂的开始和延伸在整个冲裁工艺中,材料的、,,,、弯曲拉深等相比在理论研究尤其是数值模拟方面比行为是非线性的经历了复杂的应力应变状态在断裂较少其中一个主要原因是由于剪切带成形的范围很窄,之前,材料要经历裂纹的萌生、

3、扩展和延伸等为了描述而且缺乏一种合适的断裂判断标准,所以剪断的过程模拟材料的行为,需要对材料的加工硬化、断裂破坏等现象进起来比较困难行模拟随着弹塑性力学、断裂力学、计算力学、有限元由于冲裁是一个涉及到弹塑性变形和断裂的剪切工方法和计算机技术的发展,近年来,针对剪切、冲裁等上艺,与其他锻压工艺相比,冲裁工艺的主要目的不但是使艺的有限元模拟技术有了较大的发展〔“一本文介绍了金属产生塑性变形,而且还要使金属产生断裂分离因此冲裁工艺有限元模拟的基本原理和关键技术,并利用商业一化的有限元分析软件对不锈钢冲裁工艺进行了模拟国家杰出青年科学基金资助项目收到初稿一一,一一金属弹塑性大变形的有限元模拟日期收

4、到修改稿日期作者简介方刚,男,年生,博士后金属板料的冲裁加工过程是一个复杂的非线性间金属学报卷题,具体体现在以下三个方面在材料断裂的模拟中,断裂准则的选取很重要,日前第一,材料的非线性在金属的变形进入到塑性阶段,材料韧性断裂准则有很多,但大多是应用于结构分析中局材料的应力一应变关系不遵守定律,而且与应变部断裂破坏的预测,这些准则建立在材料的弹性行为基础速率、温度等有关,在弹塑性有限元分析中,一般采用的上,塑性区仅局限在裂纹尖端应用这些方法可以得到一是一假设和屈服准则在金属的冲些结果,但它们没有从概念上描述材料实际分离的过程在裁加工中,还要考虑加工硬化的影响冲裁过程中,材料发生的断裂行为属于

5、宏观断裂行为,并第二,几何非线性金属冲裁加工的塑性变形过程是不能完全用这些准则来分析在冲裁过程的数值模拟中,一种大位移变形以及有限应变的弹塑性问题,除了考虑材材料的断裂准则应该满足以下两个条件料的非线性外,还要考虑儿何非线性问题在这种情况下,准则对各种裂纹都合理表面裂纹和内部裂纹位移和应变之间的关系是非线性的,在结构分析中的小变能够将其应用到有限元程序中形问题都忽略了二次导数项,简化为线性关系另外,在目前应用在材料加工的韧性断裂中,符合上述条件的小变形中经常忽略刚体转动的影响,在大变形过程中包含有准则、准则等这两,、了刚体的转动在建立弹塑性有限变形的有限元方程时有个准则都是与研究破坏相关的

6、因为它们都是基于应力两种描述方法一种是描述方法,以材料的初应变以累计破坏计算的始位置为参考来描述,又称为质点坐标系描述,有限元网应用这两个准则时,都是根据材料的最大破坏值是否格随材料的变形而变化另一种是描述方法,以材达到了临界值来判断材料的断裂与否临界破坏值虽然会料的变形后的位置为参考来描述,又称流动坐标系描述,受到加工条件的影响,但是还是将其视为像屈服应力、强,在法中,有限元网格不随材料的变形而变动在度极限一样的材料常数在年等‘”一有限元程序中,采用的是更新的通过实验发现以上两种准则是相关的方在软件中,提供了法,边界条,,,第三件的非线性这里主要是指接触问题在等种材料的破冲裁加工中的模拟

7、中,材料的所有边界条件不是在计算开坏准则,另外用户也可以通过二次开发,定义材料破坏准始前就可以给出,材料与模具的接触是通过计算得到的,并则在本文的模拟中,选择了模型,一且是动态变化的对于弹塑性大变形的有限元模拟技术九了厂一」一己一可以参考文献万,式中一等效应力一最大应力当最大主应力七材料断裂准则及断裂模拟,。,。,金属的韧性断裂是由空穴的聚结而引起的,这时当时介一材料发生断裂时百、的应变等效应变一材料的临界破坏值些空穴是