资源描述：
《板料成形过程的数值模拟技术》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第6卷第1期塑性工程学报Vol16No111999年3月JOURNALOFPLASTICITYENGINEERINGMar11999板料成形过程的数值模拟技术(上海交通大学国家模具CAD工程中心 200030)印雄飞 阮雪榆摘 要 本文介绍了板料成形过程数值模拟的一般方法,包括显式算法、隐式算法、接触问题和拉延筋模型,该领域的最新进展和发展趋势。关键词 板料成形 数值模拟 显式算法 隐式算法1 引 言板料成形广泛应用于汽车工业、钢铁工业等诸多领域。传统加工过程中的工艺分析及模具设计制造还主要依靠设计者的
2、经验,为了避免板料成形过程中出现断裂、起皱、颈缩等不良现象,就要反复修改成形加工的某些参数或修改模具形状。板料成形过程中的材料流动、应力、应变分布主要通过物理实验获得,因而造成了传统工艺过程耗资巨大,旷日持久。随着工业化的日益发展,产品更新换代的周期越来越短,这种设计方法越来越不适应现代工业的发展要求。在西方发达国家,无论是工业界、学术界还是政府部门,都把目光投向了板料成形的有限元数值模拟。在过去的几十年里,有限元数值模拟技术有了突飞猛进的发展,加上各种超级计算机、计算机工作站的性能不断提高,使得计算机
3、模拟成为模具研究及成形优化的强有力的工具。以汽车覆盖件的开发过程为例,传统的开发过程如图1所示,不但开发周图1 传统的汽车覆盖件开发过程图2 使用计算机模拟的汽车覆盖件开发过程Fig11ThedevelopingprocessofFig12Thedevelopingprocessofthetraditionalcarpanel.carpanelsimulatedbycomputer.第1期印雄飞等:板料成形过程的数值模拟技术21期长,而且费用高。采用图2所示的使用了计算机模拟的开发过程,则大大降低了成本
4、,缩短了开发时间,提高了产品质量,增强了产品的竞争力。板料成形的有限元数值模拟研究始于70年代,到了80年代后期得到了迅猛的发展。研究也从分散走向集中,研究的深度和广度都大大提高了。在美国、日本和欧洲,板料成形的数值模拟的研究特别活跃。美国的“三巨头”(Generalmotors,ford,chrysler),德国的大众、奔驰,日本的丰田、三菱、日产等大型汽车公司都有专门的部门对板料成形数值模拟进行研究。从事数值模拟研究工作的还有飞机制造公司(如Boeing,Raythen,Learjet),原材料供应
5、厂家(如美国的USsteel,Bethlehemsteel,Alcoa,Alcan,日本的新日铁,日新制钢),以及各大学、研究所和其他的一些专门的软件公司(如ETA,EASI)。我国从80年代后期开始有学者相继在板料成形数值模拟方面做了一些工作,主要集中在各个高校之中,并且缺少研究部门和工业部门的密切合作,还不具备CAE的适用程度和规模。板料成形的有限元数值模拟的研究领域主要有两个方面:1)给整个工具系统建模,包括模具、冲头和其它附件(如拉延筋,压边圈等);2)给整个加工过程建模,包括重力、压力闭合、冲
6、压、翻边、裁剪和回弹等。通过计算机模拟,我们可以得到:①使工件成形所需的加载力;②工件变形过程;③应力、应变分布;④厚度分布;⑤裂纹和起皱;⑥成形极限图等方面的内容。目前板料成形的计算机模拟技术已开始进入应用阶段,国外有许多比较成熟的商业化的软件可用于板料成形的数值模拟。较典型的有AUTOFORM(Swiss)、CFORM(Chysler)、FORMSYS(Korea)、ITAS3D(Makinnouchi)、LS2DYNA3D(LSTC)、MTIFRM(Ford)、OPTRIS(DynamicSoft
7、ware)、PamStamp(ESI)、ROBUST(Nakamachi)、Sheet23D(OSU)等。2 板料成形数值模拟方法板料成形的变形方式主要有:双向拉伸、平面应变、单向拉压、深拉延、弯曲和反弯曲。而板料成形的过程则可以看成一个准静力过程,速度和加速度可以忽略。从力学角度来看,板料成形过程有这样几个特点:1)板料成形通常是一个小应变、大变形的问题,需要跟踪工件几何形状变化的历史来分析。2)模具表面和板料表面的接触条件比较复杂,成形过程中,板料的流动是非稳态的,在模拟过程中必须不断的自动修改边界
8、条件。3)在板料成形过程中还常常伴有拉伸失稳(局部变薄)和压缩失稳(皱曲)的现象。因此,板料成形中存在着材料非线性、几何非线性、边界接触非线性的问题,成形过程的数值模拟是复杂且困难的。以下我们主要介绍一下有限元求解方法、接触处理、拉延筋模拟这几个主要问题。211 有限元求解方法在有限元求解方法中,一般采用以下两种算法:静力隐式算法和动力显式算法。板料成形过程是一个准静力过程,理应用静力隐式的有限元建模,但实际上大多数有限元程序都是22塑性工
