ABAQUS在沖壓成形有限元模擬中的應用

1、ABAQUS在沖壓成形有限元模擬中的應用作者：美國ABAQ    資料庫來源：CAD/CAM與制造業(yè)信息化     本文所示的ABAQUS軟件的應用成功地節(jié)省了產品設計開發(fā)的成本，同時還能縮短設計開發(fā)的時間，而且模擬的結果與實際結果相距不大，是一款不可多得的優(yōu)秀軟件。一、模擬加工過程中的成本節(jié)約    加工成形技術是制造工業(yè)的中一種重要的技術。當前，制造行業(yè)加工工藝正朝著高技術的方向發(fā)展，越來越多的公司在產品研發(fā)和制造過程中開始注重仿真技術的應用。   

2、采用ABAQUS進行仿真模擬的目的是節(jié)約開發(fā)成本、加快研發(fā)速度和提高產品質量。ABAQUS可以針對不同操作系統(tǒng)（如Unix，Linux和Windows等）進行單機或多機并行運算，節(jié)省更多運算時間。    下面以ABAQUS某汽車用戶的車門設計為例，說明ABAQUS在沖壓成型有限元模擬中的應用。    傳統(tǒng)的車門設計流程如圖1所示。圖1 某型號汽車車門的傳統(tǒng)設計流程其中主要設計及加工成本如下：    1.軟質模具的設計和加工成本為20萬美元；    2.初期生產并修改模具的周期

3、一般不低于12周；    3.硬質模具的設計修改和加工成本為75萬美元；    4.最后產品試生產、模具方案的定型、修正生產流程直至正式生產的周期一般為89個月。    其中，硬質模具的設計費用包含在前期軟質模具設計費用之中，后期只計算修改模具設計的費用。    采用ABAQUS進行數(shù)字仿真之后，設計流程如圖2所示。圖2 引入ABAQUS后某型號汽車車門的設計效果修改設計流程之后，主要設計和加工成本如下：    1.軟質模具的設計和加工成本為10

4、萬美元；    2.初期生產并修改模具的周期縮短為4周；    3.硬質模具的設計修改和加工成本為25萬美元；    4.最后產品試生產、模具方案的定型、試生產、修正生產流程直至正式生產的周期一般為3.54個月。    經過以上計算可以明確看出，僅車門的設計費用就節(jié)約了2/3，而設計周期則縮短為原來的1/3。二、模擬加工成形過程中的難點    加工成形過程的數(shù)值模擬受到材料非線性、幾何非線性和邊界非線性的綜合影響，直接計算的難度非常大。從力學本質

5、來看，很多的成形過程可以簡化為準靜態(tài)過程，對該過程的有限元模擬通常有兩種方法：靜力隱式方法和動力顯式方法。根據(jù)動力松弛法的原理，動力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)解和靜力解是一致的。所以本文所涉及的算例均采用顯式動力學的方法，即使用ABAQUS/EXPLICIT求解器模塊，對不同的加工成形過程進行模擬。    算例表明，ABAQUS在處理加工成形中可以得到令人滿意的結果。三、實際應用1.普通油箱的沖壓成形    本實例模擬油箱的沖壓成型過程。圖3所示為實際成型時油箱的一半的形狀?？紤]到在沖壓成型過程中，油箱結構的對稱性，本文通過模擬圖3左下所示的結構，對

6、其進行模擬分析，達到分析整個油箱成型的目的。首先，通過ABAQUS/CAE完成圖3右側所示的裝配圖，其中平面鋁板將被沖壓成型為圖3左下的結構。成形的全過程如圖4所示，模擬結果跟實際生產過程相吻合。其中，圖5所示為整個過程中內能和動能的變化曲線，可以確定模擬過程為準靜態(tài)。圖6表現(xiàn)的是成型后金屬板的厚度分布云圖。圖7給出了與厚度變化最大處的單元相關的四個節(jié)點處的厚度在時間域內的變化曲線。圖3 油箱的結構模擬圖及裝配圖圖4 油箱沖壓成形過程示意圖圖5 整個過程中內能和動能的變化曲線圖6 厚度分布云圖圖7 與厚度變化最大處的單元相關的四個節(jié)點處的厚度在時間域內的變化曲線2.鈦合金板材的沖壓成形

7、0;   鈦合金板材的沖壓成型ABAQUS模擬過程如圖8所示。圖8 沖壓成型的ABAQUS模擬過程3.蒙拉成形蒙拉成型的ABAQUS模擬如圖9所示。圖9 蒙拉成型的ABAQUS模擬示意圖圖10 模具應力的變化曲線4.橡皮囊成形及鈑金成形    橡皮囊成形及鈑金成形如圖11、圖12、圖13所示。圖11 橡皮囊及鈑金成形的示意圖圖12 第一步成型示意圖圖13 第二步成型示意圖5.彎管成形彎管成形如圖14所示。圖14 彎管成型ABAQUS模擬示意圖6.圓錐管成形圓錐管成形如圖15所示。圖15 圓錐管成型的ABAQUS模擬示意圖四、結論    以上實例的模擬都是在ABAQUS平臺下進行的。結果表明，采用ABAQUS處理加工成型過程中所涉及到的非線性力學