板料成形有限元分析中的等拉延筋模型

1、計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用板料成形有限元分析中的等拉延筋模型49板料成形有限元分析中的等拉延筋模型200030上海交通大學(xué)印雄飛何丹農(nóng)彭穎紅201805上海大眾汽車有限公司程驚雷蔣鏡昱摘要介紹了提高板料成形有限元分析中采用的幾種典型的等效拉延筋模型,并指出了采用等效模型的優(yōu)缺點(diǎn)及今后的研究方向。EquivalentdrawbeadmodelinFEAofsheetformingIntroduceseveraltypicalequivalentdrawbeadmodels.Pointouttheadvantagesanddisad2vantagesofthesemodels.敘詞板料成形有限元拉延筋1引言實(shí)

2、際中,高,已經(jīng)確定。這樣,置則成為控制金屬流動、防止出現(xiàn)起皺和破裂的最重要的手段之一。拉延筋的設(shè)計(jì)方法是沖壓模具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一。近年來,有限元技術(shù)的發(fā)展使之很快成為解決許多工程問題的重要分析手段,板料成形的研究領(lǐng)域也不例外。國外有許多比較成熟的商業(yè)化的軟件,可用于板料成形的數(shù)值模擬。但直至今天,在板料成形中精確模擬拉延筋的行為仍然具有很大困難,尤其是對于靜力隱式算法。這主要是因?yàn)槔咏畹某叽绾苄?形狀也比較復(fù)雜,要精確考慮板料與扯延筋的接觸,勢必要求很細(xì)的有限元網(wǎng)格,這不僅極大地收稿日期:1999-05-25,。因,等效拉延筋模型。2典型的等效拉延筋模型文獻(xiàn)1提出了一種等效拉延筋模型,該模

3、型利用拉延筋的實(shí)際力學(xué)性能與彈塑性材料變形行為相似的特點(diǎn)(圖1),引入拉延筋的本構(gòu)關(guān)系,同時把拉圖1拉延筋力與材料流過量的關(guān)系延筋復(fù)雜的幾何形狀簡化為一條能承受一定力的附著因工具表面上拉延筋線(圖2)。拉延筋的力可以作為集中力計(jì)算而作用于各板節(jié)點(diǎn)上,稱之為拉延5b為桑車20號工位夾具的實(shí)體虛擬裝配。5結(jié)束語綜上可知,虛擬裝配不但給設(shè)計(jì)人員帶來可視化的效果,而且對于車身設(shè)計(jì)的合理與否在制造之前可以用虛擬裝配檢查,減少了實(shí)際加工的工作量圖5(a)10號工位的實(shí)體虛擬裝配(b)20號工位夾具的實(shí)體虛擬裝配4.2夾具的簡化造型以及降低了生產(chǎn)成本。另外,所建CAD模型還可以用于車身檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠

4、性的評判。參考文獻(xiàn)1陳關(guān)龍.車身覆蓋件沖壓成形動態(tài)仿真的幾何建模技術(shù).機(jī)械設(shè)在裝配模型中,不但可以準(zhǔn)確地反映出零件之間的裝配關(guān)系,而且可以根據(jù)實(shí)際裝配情況,將外形簡化的夾具在其實(shí)際裝夾位置準(zhǔn)確地反映出來。圖計(jì)與研究,1992(2)2董洪智.桑塔納2000型轎車側(cè)框沖壓仿真計(jì)算機(jī)輔助造型建模.鍛壓機(jī)械,1998(4)© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 50鍛壓機(jī)械5 1999筋力。該拉延筋力的大小和方向又類似材料的變形與受力關(guān)系,隨板材流過量及流過方向而

5、改變。這種現(xiàn)象,在程序中通過其本構(gòu)方程得到了有效的控制,并可以把拉延筋模型加入到系統(tǒng)求解剛度矩陣中而直接求解。該模型的主要幾何特點(diǎn)和力學(xué)特點(diǎn)如下:(1),拉延筋線上任意一點(diǎn)P由正交矢量、這里T是模具的法線方T式中Cij彈塑性拉延筋本構(gòu)張量Pij塑性部分H相關(guān)的硬化或軟化指數(shù)(4)和(5)在形式上與彈塑性本構(gòu)方程公式(3)、完全一致。將上述模型引入到ITAD3D程序中1,3,模擬了方盒件和前車輪蓋板的成形過程,并與沒有拉延筋的情況進(jìn)行了比較,發(fā)現(xiàn)等效拉延筋模型可以有效地控制材料的流動,是真實(shí)拉延筋的很好近似。文獻(xiàn)2介紹了一種等效拉延筋網(wǎng)格模型。在壓邊圈上有拉延筋的位置仍采用普通的網(wǎng)格,首先計(jì)算出

6、真實(shí)拉延筋所產(chǎn)生的抗力,然后按照虛功原理。這樣,將會受到與真。上常用的拉延筋處理方法還有“滑移線”單元4(圖3a),圖中ABQOUS程序中的確定,如圖2所示。向矢量,和分別是拉延筋線的法線和切線(在拉延筋線的切平面內(nèi))。圖2模具表面的拉延筋線(2)對于點(diǎn)P,板料相1.拉延筋線2.模具表面對于模具的位移為ui(i=1,2,3),則在同一點(diǎn)上拉延筋線相對于板料的位移為uib=-ui。(3)定義拉延筋應(yīng)力Qi的拉延筋力(i=1,(4),運(yùn)動狀態(tài)分為?！八苄浴睜顟B(tài)?！皬椥浴睜顟B(tài)表示此時的拉延筋應(yīng)力Qi小于臨界拉延筋抗力,拉延筋與板料的相對運(yùn)動是可回復(fù)的?！八苄浴睜顟B(tài)則表示拉延筋應(yīng)力Qi已達(dá)到臨界拉延筋

7、抗力,此時的相對運(yùn)動是不可回復(fù)的。將拉延筋相對位移uib分解為彈性部分uibe和塑性部分uibp。拉延筋線對板料的作用通過引入的本構(gòu)關(guān)系決定。(5)與彈塑性材料的正交流動法則類似,將拉延筋相對位移的塑性部分定義為:(1)uibp=QiG=f(Qi)-Qs=0Qs=Qs(uibp)式中比例常數(shù),為正值f(Qi)拉延筋的屈服函數(shù)Qs臨界拉延筋抗力,可以通過實(shí)驗(yàn)、理論分析、數(shù)值模擬等方法確定(6)拉延筋運(yùn)動的“彈性”部分由下面的本構(gòu)關(guān)系確定:Qie=Eijuibe式中Eij拉延筋的彈性模量最后,我們可以得到:Qi=CijujCij=Eij-PijEimEijPij=4Qs2H+ErtQrQt(2)(

8、a)(b)圖3(a)節(jié)點(diǎn)IJKL滑移線單元(b)非線性彈簧單元u為板料與拉延筋之間的相對位移。SHEETS67程序5、LSDYNA3D程序和MTLFRM程序中采用的非線性彈簧單元(圖3b)。所有這些模型,其力學(xué)特點(diǎn)都是相同的,僅僅是具體的數(shù)值處理方法存在某些差異,理論上講,最終的計(jì)算結(jié)果應(yīng)該是一致的。3等效拉延筋模型中存在的問題3.1沒有考慮板料流過拉延筋后的應(yīng)變問題拉延筋使板料產(chǎn)生彎曲和反彎曲等彈塑性變形,不但提供了阻礙拉延筋流動的拉延筋抗力,還造成了板料局部材料性能和厚度發(fā)生變化。Nine在早期的實(shí)驗(yàn)研究中就采用網(wǎng)柵方法測量了板料經(jīng)過拉延筋表面的應(yīng)變變化8,發(fā)現(xiàn)在板料經(jīng)過拉延筋之后,無論是

9、上表面還是下表面都有10%左右的拉伸應(yīng)變。由于板料經(jīng)過拉延筋的變形可以看做是平面應(yīng)變,塑性變形近似滿足體積不變的條件,故實(shí)際上板料的厚度大約也減少了10%左右。由于現(xiàn)有的等效拉延筋模型沒有考慮板料流過拉延筋后的應(yīng)變問題,所以對板料的后續(xù)應(yīng)變狀態(tài)的計(jì)算造成了誤差。(3)(4)(5)© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用中頻熱推彎管工藝過程溫度控制51中頻熱推彎管工藝過程溫度控制450002鄭州輕工業(yè)學(xué)院路立平鹿曉力王成群250014濟(jì)南山東建

10、筑工程學(xué)院鹿曉陽史寶軍摘要提出了輸出功率和加熱溫度可控的中頻感應(yīng)加熱電源的設(shè)計(jì)方案。該方案采用兩個單片機(jī)完成整流控制、溫度檢測和逆變控制,使加熱溫度控制在設(shè)定的范圍內(nèi),從而完善了中頻熱推彎管工藝。ThecontroloftemperatureinthemediumfrequencyinductionheatingprocessofbendingtubeThepaperproposesadesignofthemediumfrequencyerofwhichoutputheatingtemperature.Inthisdesign,rectifier,invertandtemremarecontr

11、olledbytwomicroprocessors,andtemperaturesystemmakesthebendingtubeprocessperfectized.敘詞1引言中頻熱推彎管工藝過程中的主要工藝參數(shù)有:加熱溫度、推制速度、推力、管坯和牛角芯棒尺寸等。收稿日期:1999-04-21通過對加熱溫度和推制速度兩項(xiàng)重要參數(shù)進(jìn)行試驗(yàn)優(yōu)化研究與設(shè)計(jì)1,2,獲得了針對碳鋼管坯的最佳參數(shù)加熱溫度為750;推制速度為250mm min。從生產(chǎn)現(xiàn)場來看,由于推制速度較慢,該項(xiàng)參數(shù)易于實(shí)現(xiàn)最佳控制。因而最佳加熱溫度的控制實(shí)現(xiàn)成為3.2沒有考慮拉延筋端部尺寸的影響參考文獻(xiàn)1WangSP,Makinou

12、chiA.Ontheimplementationofanewdra2cobeadmodeltotheelasto-plastiosheetformingsinmclationFEMcode.第45回塑性加工連合講演會論文集,日本塑性加工近年來,國際上對拉延筋行為的模擬作了許多研究,其中,絕大多數(shù)是以板條為研究對象,采用平面應(yīng)變單元進(jìn)行分析的?，F(xiàn)有的等效拉延筋模型在考慮拉延筋抗力時都是基于平面應(yīng)變的前提,也就是說沒有考慮端部尺寸的影響。實(shí)際上拉延筋端部的變形狀態(tài)與中間部分完全不同,拉延筋抗力沿長度方向的分布與端部半徑Re有關(guān)。Re的不同對成形的影響也不一樣。不恰當(dāng)?shù)腞e值還會造成拉破和起皺等成形

13、缺陷。如端部的半徑較小,材料易發(fā)生起皺,在等效拉延筋模型中這種現(xiàn)象不能很好的模擬。4結(jié)束語學(xué)會,1994,1:2952982ChenFK,LiuJH.Analysisofanequivalentdrawbeadmodelforthefiniteelementsimulationofastampingprocess.InterJ424MachToolsManufact,1997,37(4):4093王圣平.汽車覆蓋件成形過程數(shù)值模擬研究.塑性工程學(xué)報(bào),1996,13(2):41444RebeloN,NagtegaalL,HibbittHD.finiteelementanalysisofsheet

14、formingprocess.InternationalJournalforNumerical1758MethodsinEngineering,1990,30:17395KeumYT,WangCT,SaranMJetal.Practicediedesignviasectionanalysis.JournalofMaterialProcessingTechnology,1992,35:1366LS-DYNA3DUsersmanual.LSTCReport#1082,1995.7TangSC,GressJ,LingP.Sheetmetalformingmodellingofautomotivebodypanels.Proc15thIDDRGCong,ASM,1988,1851948NineHD.MechanicsofSheetMetalForming.PlenumPress,1978,179211等效拉延筋模