基于物质点法杯突试验过程的数值模拟研究

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1、学校代码10530学号201510161678分类号TG386密级公开硕士学位论文基于物质点法杯突试验过程的数值模拟研究学位申请人田安指导教师谢桂兰教授学院名称机械工程学院学科专业材料科学与工程研究方向材料成形技术及数值模拟二〇一八年五月NumericalSimulationofCuppingTestBasedonMaterialPointMethodCandidateTianAnSupervisorProf.XieGuilanCollegeSchoolofMechanicalEngineeringProgramMaterialsEngineeringSpe

2、cializationMaterialFormingandNumericalSimulationDegreeMasterofEngineeringScienceUniversityXiangtanUniversityDateMay，2018、摘要摘要金属杯突试验是一种冲压工艺性能试验，主要目的是用来衡量材料的深冲性能。板料变形过程属于大变形过程，涉及到了几何非线性和材料非线性的问题。传统的有限元模拟时存在网格畸变，需对网格进行重分，计算效率和精度都会降低。物质点法是一种新型的无网格法，采用质点和背景网格的双重描述，有效避免了有限元模拟板料大变形过程时产生网格

3、畸变的问题。本文将物质点法应用于杯突试验的数值模拟研究中，分别从摩擦系数、板料厚度及冲压速度对杯突试验过程进行了数值模拟研究，并与传统有限元方法模拟所得到的结果进行对比，探讨了物质点法在数值模拟杯突试验过程的有效性以及可行性。具体有如下内容：通过加权余量法推导了物质点法控制方程的离散格式和弱形式，给出了物质点法的显式计算流程，编写了模拟板料杯突试验过程的FORTRAN语言物质点法计算程序。分别利用编写的物质点法程序和商用有限元软件ABAQUS模拟了杯突试验过程，并从计算精度以及不同离散点数下的计算结果方面与有限元方法及文献中实验所得到的结果进行了对比研究。结

4、果表明物质点法的计算精度和有限元法相当，与实验结果吻合较好，验证了所编写的物质点法程序的正确性。开展了杯突试验过程的物质点法数值模拟研究。分别讨论了摩擦系数、板料厚度以及冲压速度对杯突试验过程中板料变形的影响规律，得到了不同冲压速度、摩擦系数以及板料厚度下位移云图、杯突值和等效应变云图。结果表明：三种情况材料位移云图整体上分布是比较均匀，金属板料厚度的变化基本相似。在环颈部分有一个波谷，该处减薄率较大，此处容易发生开裂，与实验结果吻合。随着冲压速度和摩擦系数的增大，杯突值减小，等效应变值增大。随着板料厚度的增大，杯突值增大，等效应变减小。最大等效应变值出现在

5、距离板料中心处附近的环颈部位。本文的研究为杯突试验过程的数值模拟研究提供了一种新的仿真方法。同时为金属板料冲压成形提供一定的指导。关键词：数值模拟；杯突试验；板料冲压；物质点法；有限元I湘潭大学硕士学位论文AbstractMetalcuppingtestisaperformancetestofstampingprocess,whichisusedtomeasurethedeepdrawingperformanceofmetal.Theformingprocessofmetalcuppingtestwhichinvolvesgeometrynonlineari

6、tyandmaterialnonlinearityisaprocessoflargedeformation.Thesimulationoftraditionalfiniteelementhasthemeshdistortion,whichneedstoundertakethegridsubdivision.Thecomputationalefficiencyandprecisionwillbereduced.Thematerialpointmethodwhichcombinesparticlepointandbackgroundmeshisanewkindo

7、fmeshlessmethod,whicheffectivelyavoidstheproblemofmeshdistortionwhenthefiniteelementmethodsimulatesthelargedeformationofsheetmetal.Inthispaper,thematerialpointmethodisappliedtosimulatetheresearchofcuppingtestinordertoexploretheinfluenceofdifferentlubricationsituation,thethicknessof

8、sheetandstampingspeedoncup