基于dynaform的汽車防撞梁拉延工藝參數(shù)影響規(guī)律研究

1、.PAGE ：.；天津職業(yè)技術師范大學Tianjin 畢 業(yè) 論 文專 業(yè)：資料成型及控制工程 班級學號： 學生姓名： 指點教師： 二一三年 六 月基于dynaform的汽車防撞梁拉延工藝參數(shù)影響規(guī)律研討Study on drawing influence parameters for bumper beam based on dynaform專業(yè)班級：學生姓名：指點教師：系 別：機械工程學院2021 年 6月摘 要汽車覆蓋件模具是汽車制造業(yè)的重要工藝配備。汽車覆蓋件有限元分析可以有效提高設計和消費效率以及結(jié)果的準確率。本文研討基于有限元分析軟件對某車型防撞梁的拉延過程進展了仿真分析，確定了拉

2、延參數(shù)。論文從制件網(wǎng)格劃分，模型資料選擇，拉延工藝參數(shù)選擇等幾個方面，經(jīng)過進展前處置過程，將拉延模擬需求的各參數(shù)輸入，然后在后處置中對結(jié)果進展分析比較，了解各種參數(shù)對成形結(jié)果的影響，然后提出改良措施。結(jié)果闡明，由于壓邊力的逐漸變大，零件的回彈量也隨之減小，當壓邊力過大時，零件出現(xiàn)了破裂的成形缺陷。同時由于壓力的逐漸添加，資料的流動阻力也隨之增大，繼而使得各部分的塑性變形變大，導致回彈量較小。板料的尺寸增量延Y軸的正向偏移量變大那么接近Y軸正方向的一側(cè)的回彈量呈現(xiàn)變小的規(guī)律，Y軸負方向偏移量越大接近Y軸負方向的回彈量也呈現(xiàn)減小的規(guī)律。延X軸方向?qū)ΨQ添加值變大，回彈量大致上呈現(xiàn)變小的規(guī)律。論文的研

3、討成果對提高汽車覆蓋件的成形質(zhì)量和模具消費周期具有一定的實踐價值。關鍵詞：汽車覆蓋件；拉延成形；防撞梁；數(shù)值仿真ABSTRACT The auto cover finite element analysis of the role of the key is to improve the design and production efficiency, as well as the accuracy of the results. This article is based on the finite element analysis software Dynaform drawing pr

4、ocess simulation analysis to determine the panel drawing parameters. Application of sheet metal forming finite element software Dynaform5.7 of car crash beam drawing, for example, from the aspects of the mesh model material selection, drawing process parameters selection by pre-treatment process, wi

5、ll pull extension of simulation requires each parameter input, and then in the post-processing to analyze the results compared to the understanding of the influence of various parameters on the forming results, then proposed improved measures, to repeat the modification of the pre-treatment process

6、parameters, the analysis again, in order to Summing up the influence of various parameters on the results of the drawing. For example, from the blank holder force size, punching speed, pull the bead each change multiple sets of data, followed by the drawing operation is set from the post-processing

7、to modify the parameters of simulation results, comparing the drawing parameters change drawing results were investigated. Do so can be found that the problems that may arise in the manufacturing process at the design stage and solve the manufacturing mold can be efficiently and economically, improv

8、e part quality.Key Words：Auto cover; drawing; bumper beams; simulation PAGE 1目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc358282039 1 緒論 PAGEREF _Toc358282039 h 1 HYPERLINK l _Toc358282040 1.1我國汽車覆蓋件模具開展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc358282040 h 1 HYPERLINK l _Toc358282041 1.2汽車覆蓋件CAE分析國內(nèi)外開展現(xiàn)狀 PAGEREF _Toc358282041 h 1 HYPE

9、RLINK l _Toc358282042 1.3課題的研討內(nèi)容與技術道路 PAGEREF _Toc358282042 h 3 HYPERLINK l _Toc358282043 2有限元計算相關實際 PAGEREF _Toc358282043 h 5 HYPERLINK l _Toc358282044 2.1引言 PAGEREF _Toc358282044 h 5 HYPERLINK l _Toc358282045 2.2計算的相關實際 PAGEREF _Toc358282045 h 5 HYPERLINK l _Toc358282046 2.2.1 沖壓回彈模擬的有限元實際根底 PAGER

10、EF _Toc358282046 h 5 HYPERLINK l _Toc358282047 2.2.2 板料沖壓仿真的流程 PAGEREF _Toc358282047 h 6 HYPERLINK l _Toc358282048 2.2.3 單元類型的選擇 PAGEREF _Toc358282048 h 6 HYPERLINK l _Toc358282049 2.2.4 邊境條件的處置 PAGEREF _Toc358282049 h 7 HYPERLINK l _Toc358282050 2.3小結(jié) PAGEREF _Toc358282050 h 9 HYPERLINK l _Toc35828

11、2051 3 板料拉延過程的有限元分析 PAGEREF _Toc358282051 h 10 HYPERLINK l _Toc358282052 3.1引言 PAGEREF _Toc358282052 h 10 HYPERLINK l _Toc358282053 3.2前處置 PAGEREF _Toc358282053 h 11 HYPERLINK l _Toc358282054 3.2.1數(shù)據(jù)導入與網(wǎng)格化分 PAGEREF _Toc358282054 h 11 HYPERLINK l _Toc358282055 3.2.2工具與工序定義 PAGEREF _Toc358282055 h 20

12、HYPERLINK l _Toc358282056 3.2.3控制成形參數(shù)設置 PAGEREF _Toc358282056 h 26 HYPERLINK l _Toc358282057 3.3提交計算 PAGEREF _Toc358282057 h 27 HYPERLINK l _Toc358282058 3.4結(jié)果后處置及分析 PAGEREF _Toc358282058 h 28 HYPERLINK l _Toc358282059 3.5小結(jié) PAGEREF _Toc358282059 h 33 HYPERLINK l _Toc358282060 4 板料回彈的數(shù)值模擬 PAGEREF _T

13、oc358282060 h 34 HYPERLINK l _Toc358282061 4.1 引言 PAGEREF _Toc358282061 h 34 HYPERLINK l _Toc358282062 4.2 回彈分析 PAGEREF _Toc358282062 h 34 HYPERLINK l _Toc358282063 4.3 回彈數(shù)值模擬前處置 PAGEREF _Toc358282063 h 35 HYPERLINK l _Toc358282064 4.3.1 導入模型進展回彈分析 PAGEREF _Toc358282064 h 35 HYPERLINK l _Toc35828206

14、5 4.3.2 導入成形零件邊線 PAGEREF _Toc358282065 h 35 HYPERLINK l _Toc358282066 4.3.3 回彈分析設置 PAGEREF _Toc358282066 h 37 HYPERLINK l _Toc358282067 4.4 提交計算 PAGEREF _Toc358282067 h 39 HYPERLINK l _Toc358282068 4.5 回彈計算結(jié)果處置及分析 PAGEREF _Toc358282068 h 39 HYPERLINK l _Toc358282069 4.6 小結(jié) PAGEREF _Toc358282069 h 40

15、 HYPERLINK l _Toc358282070 5 汽車覆蓋件回彈要素影響分析 PAGEREF _Toc358282070 h 41 HYPERLINK l _Toc358282071 5.1引言 PAGEREF _Toc358282071 h 41 HYPERLINK l _Toc358282072 5.2壓邊力的影響 PAGEREF _Toc358282072 h 41 HYPERLINK l _Toc358282073 5.3 資料參數(shù)的影響 PAGEREF _Toc358282073 h 44 HYPERLINK l _Toc358282074 5.4板料大小的影響 PAGERE

16、F _Toc358282074 h 46 HYPERLINK l _Toc358282075 5.5結(jié)論 PAGEREF _Toc358282075 h 48 HYPERLINK l _Toc358282076 6 結(jié)論與展望 PAGEREF _Toc358282076 h 49 HYPERLINK l _Toc358282077 6.1 結(jié)論 PAGEREF _Toc358282077 h 49 HYPERLINK l _Toc358282078 6.2 展望 PAGEREF _Toc358282078 h 49 HYPERLINK l _Toc358282079 參考文獻 PAGEREF

17、_Toc358282079 h 50 HYPERLINK l _Toc358282080 附錄1：英文資料 PAGEREF _Toc358282080 h 51 HYPERLINK l _Toc358282081 附錄2：中文翻譯63 HYPERLINK l _Toc358282082 致 謝 PAGEREF _Toc358282082 h 69天津職業(yè)技術師范大學2021屆本科生畢業(yè)論文1 緒論1.1我國汽車覆蓋件模具開展現(xiàn)狀自2021年以來，我國汽車產(chǎn)銷量以極快速度增長，汽車工業(yè)開展為汽車模具開展提供了極大的市場機遇，據(jù)有關資料顯示，在美國、日本等汽車制造業(yè)興隆的國家，汽車模具在整個模具制

18、造業(yè)中占有50%的份額。而在我國，只需1/3的模具產(chǎn)品效力于汽車制造業(yè)，因此汽車模具市場在我國仍有非常大的開展空間，而汽車覆蓋件是整個汽車模具中最重要的組成部分，也是技術最密集加工難度最大的一部分。由于汽車工業(yè)的快速開展，汽車覆蓋件及相關產(chǎn)品市場需求量也急劇添加，因此許多企業(yè)加大了技術改造力度，一些新建企業(yè)也快速開展，是汽車覆蓋件消費才干大幅提高，經(jīng)過技術改造原行業(yè)中公認的四大模具廠：一汽模具，東風汽車模具，天津汽車模具，四川成飛集成都有了消費大中型汽車覆蓋件模具500萬左右工時的才干。從近年來看，民營企業(yè)開展較快，外資企業(yè)也進入中國，其中日資和臺資最為活潑，其中被中國機械工業(yè)結(jié)合會授予“汽車

19、模具之鄉(xiāng)的河北省泊頭市已有20多家汽車覆蓋件消費企業(yè)，上海目前也集中了十幾家，比亞迪、長城、瑞豐、屹豐、華莊等一大批民營汽車模具消費企業(yè)由于投資力度大、起點高、效力對象明確，已成為異軍突起的生力軍。 1.2汽車覆蓋件CAE分析國內(nèi)外開展現(xiàn)狀 沖壓工藝、構(gòu)造設計和制造技術是汽車模具消費技術的集中表達，這些技術的提高主要取決于CAD/CAM/CAE技術的提高。在汽車覆蓋件模具制造行業(yè)，計算機運用技術正越來越顯示出其中心技術的作用。據(jù)統(tǒng)計，在歐美國家，汽車覆蓋件模具設計制造時，已大量采用三維CAD和有限元仿真技術，比例高達70%-90%，pro/E,UG,autoform，dynaform等軟件在其

20、中扮演了不可替代的作用，其效率高，數(shù)據(jù)庫功能強大，設計準確性高等特點使汽車覆蓋件模具產(chǎn)業(yè)消費效率和經(jīng)濟性大大提升。因此當前許多大的模具企業(yè)紛紛加大對汽車覆蓋件制造的資金，人才和硬件設備的投入，但是這些投入必需經(jīng)過技術的學習、普及以及沉淀以樹立根底，在我國汽車模具工業(yè)大而不強的背景下，要趕超興隆國家并不容易，尤其是在中心技術難以外漏，控制嚴密的情況下 ，目前國內(nèi)模具制造程度同國際先進程度的最大差距就表達在沖壓工藝程度的差距上。以往我們的沖壓工藝技術主要靠人的閱歷，隨著國內(nèi)高質(zhì)量的車身消費周期變短，靠過去的閱歷來完成沖壓工藝是不能夠。就CAE技術的工業(yè)化運用而言，西方興隆國家目前曾經(jīng)到達了適用化階

21、段。經(jīng)過CAE與CAD、CAM等技術的結(jié)合，使企業(yè)能對現(xiàn)代市場產(chǎn)品的多樣性、復雜性、可靠性、經(jīng)濟性等做出迅速反響，加強了企業(yè)的市場競爭才干。在許多行業(yè)中，計算機輔助分析曾經(jīng)作為產(chǎn)品設計與制造過程中不可或缺的一種工藝規(guī)范加以實施。如，以國外某大汽車公司為例，絕大多數(shù)的汽車零部件設計都必需經(jīng)過很多次的計算機仿真分析，否那么就無法設計審查，也就無法試制更別說投入消費。計算機數(shù)值模擬如今已不僅僅作為研討的一種手段，也曾經(jīng)在消費實際中作為必不可少的工具運用。以有限元模擬分析軟件為代表的CAE技術在國際上的運用已有近30年的歷史。近10年來,塑性變形實際在板料成形技術中的運用獲得了很大的提高，使CAE技術

22、在汽車模具制造中的運用變得非常成熟，將CAE運用于沖壓工藝設計，可使試模時間減少50%以上。目前，CAE技術已成為國外大型汽車和模具企業(yè)必不可少的工具。CAE的廣泛運用，應歸功于CAE商業(yè)軟件的大力開展,其中代表性的軟件有： 法國ESI公司的PAM-STAMP軟件； 美國LawrenceLivemore國家資料實驗室的LS-DYNA3D軟件； 美國ETA公司的Dynaform軟件； 瑞士Autoform公司的Autoform軟件。 這些軟件都有各自的優(yōu)點，針對板料成形分析都已到達適用和專業(yè)的要求。目前，國內(nèi)一切一流的汽車模具廠商都采用了CAE軟件，并以Autoform的運用最多。天津汽車模具經(jīng)

23、過長時間的的努力，CAE運用比例曾經(jīng)到達了100%，顯著地縮短了制模周期。 在分析方面，針對沖壓成形，使得確定棱線偏移、沖裁角度、拉延沖擊滑痕、面成形質(zhì)量、成形力、壓邊力等各種分析得到完善，分析內(nèi)容的廣泛性和作用性都已超出了原來的CAE范籌。 如今，CAE技術開展的重心是工藝參數(shù)的自動優(yōu)化和后置分析，假設處理了這兩個問題，將又一次帶來革命性的開展。由于汽車覆蓋件具有外形復雜、資料薄、構(gòu)造尺寸大、外表質(zhì)量高和多為復雜的空間曲面等特點。在沖壓時毛坯的變形情況復雜，故不能按普通拉深件那樣用拉深系數(shù)來判別和計算它的拉深次數(shù)和拉深能夠性，且需求的壓料力和拉延力都較大，各工序的模具依賴性強，模具的調(diào)整任務

24、量也大。所以汽車覆蓋件模具設計的主要義務就是要處理好沖壓過程中板料不同部位之間資料的協(xié)調(diào)變形問題，既要防止部分區(qū)域因變形引起的過薄甚至拉裂，又要防止起皺或在零件外表上留下滑移線，還要將零件的回彈控制在規(guī)定允許的范圍內(nèi)。 這時，板料沖壓過程的CAE分析與仿真就能在實踐工程中處理沖壓工藝難題，如計算應力應變、金屬的流動、板厚、剩余應力、模具受力等，預測能夠的缺陷及失效方式，如比較普遍的破裂、起皺、回彈等。這樣在汽車覆蓋件的設計中采用數(shù)值模擬技術能從設計階段準確預測各種工藝參數(shù)對成形過程的影響，進而優(yōu)化工藝參數(shù)，縮短模具的設計和制造周期，降低產(chǎn)品制造本錢，提高沖壓件和模具產(chǎn)質(zhì)量量。 1.3課題的研討

25、內(nèi)容與技術道路 本課題以某車型汽車防撞梁制件為研討對象，利用數(shù)值模擬和實際分析相結(jié)合的方法，對制件的沖壓過程以及回彈過程進展數(shù)值模擬，對拉延中影響制件最終效果的多種要素進展分析，并總結(jié)規(guī)律。詳細研討步驟如下：1.用UG8.0對制件進展修正將多面刪除，并以.iges格式導出。2.用Dynaform軟件進展制件的拉延有限元分析,對制件進展前處置設置，參數(shù)改動，如板料位置，壓邊力，沖裁速度改動等。生成.dynain文件為后置處置作鋪墊。 3.用Dynaform軟件進展制件的減薄率和成形極限圖進展分析，對制件進展簡單的設置后，進展提交計算結(jié)果，最后根據(jù)后處置來分析關于各參數(shù)影響規(guī)律。4.分別改動壓邊力

26、，板料位置與沖裁速度等參數(shù)依次按照第二步與第三步進展分析，從而總結(jié)出關于回彈影響要素的規(guī)律，得出結(jié)論。課題的研討技術道路如圖1所示：導入CAD模型導入CAD模型導入Dynain文件導入Dynain文件 有限元網(wǎng)格化分導入切邊線有限元網(wǎng)格化分導入切邊線定義毛坯資料屬性沖壓類型定義成形工具定義毛坯資料屬性沖壓類型定義成形工具提交求解器計算提交求解器計算定義毛坯及資料屬性定義毛坯及資料屬性后置處置 分析結(jié)果后置處置 分析結(jié)果設置控制參數(shù)設置控制參數(shù)提交求解器計算提交求解器計算后置處置 分析結(jié)果后置處置 分析結(jié)果結(jié)果評價結(jié)果評價圖1拉延仿真模擬過程圖1拉延仿真模擬過程輸出計算結(jié)果2有限元計算相關實際輸

27、出計算結(jié)果2.1引言本章主要表達的是關于回彈產(chǎn)生的緣由，有限元計算所涉及的實際以及減少回彈的戰(zhàn)略分析。2.2計算的相關實際 板料的回彈是板料沖壓成形的過程中產(chǎn)生的一種最常見的缺陷方式，其主要的緣由是由于板料在沖壓成形的終了階段，當沖壓載荷被逐漸釋放或卸載時，在成形過程中所存儲的彈性變形能要釋放出來，引起內(nèi)應力的重組，進而導致零件外形尺寸的改動。產(chǎn)生回彈主要是由于：1 由于當板料內(nèi)外邊緣外表纖維進入塑性形狀，而板料中心仍舊處于彈性形狀，這時當凸模上升去除外載荷后，板料產(chǎn)生回彈景象。2 由于板料在發(fā)生塑性變形時總是伴隨著彈性變形的消逝，所以板料在沖壓成形過程中，特別是在進展彎曲成形時，即使內(nèi)外層纖

28、維完全進入了塑性變外形狀，當凸模上升去除載荷后，彈性變形消逝了，也會出現(xiàn)回彈景象，因此回彈是板料沖壓成形過程中不可防止的一類缺陷，產(chǎn)生回彈將直接影響沖壓零件的成形精度，從而添加了調(diào)試模具的本錢以及成形后進展整形的任務量。2.2.1 沖壓回彈模擬的有限元實際根底板料沖壓回彈的模擬從數(shù)值計算上分析是一個高度非線性的問題，涉及到資料、幾何和接觸非線性。在本文的模擬數(shù)值計算中將選用更新Lagrange 法和速率型的本構(gòu)關系去處置沖壓回彈過程中的大應變、大變形問題5。采用逐級更新Lagrange 法是彈塑性有限元根底，在 坐標下以t時辰構(gòu)形為參考構(gòu)形的虛功率原理為 2-1式中V，A 分別為參考構(gòu)形的體積

29、和外表積；，分別為參考構(gòu)形的體積力率和面積力率；為第一類Kirchhoff 應力率。假設塑性變形體積不可緊縮，可得 與Cauchy 應力的關系為 2-2將式2-2和本構(gòu)關系方程式代入式2-1)，得到單元平衡方程并按常規(guī)方法組裝成總體剛度方程 2-3板料沖壓回彈過程是大位移大變形過程，普通采用速率型的本構(gòu)方程。經(jīng)典的基于流動實際正交各項異性希爾二次屈服函數(shù)的速率本構(gòu)方程可表示為 2-4 2-5式中 為Kirchhoff 應力的Jaumann導數(shù)；為應變率；為彈性本構(gòu)矩陣；H 為硬化參數(shù)；為屈服函數(shù)確定的等效應力。屈服函數(shù)為 2-6其中，P、Q、R 分別代表資料在90、45、0方向上的各向異性指數(shù)

30、。2.2.2 板料沖壓仿真的流程嚴厲地講，板料的成形和回彈是兩個既相互關聯(lián)又相互獨立的過程。通常所說的成形過程普通不包括回彈在內(nèi)，而完好的汽車覆蓋件沖壓成形的回彈仿真過程應包含兩個過程：沖壓成形加載過程仿真和回彈卸載過程仿真。前一步計算是回彈過程模擬的根底，為其提供應力、應變等數(shù)據(jù)9。本文所研討的板料成形回彈仿真的主要過程如下：導入成形仿真的結(jié)果文件 在Dynaform的前處置器中，導入成形仿真過程中計算生成的結(jié)果文件Dyanin 文件。該文件包含成形過程中板料一切的應力、應變等情況；定義毛坯選擇回彈仿真計算用的殼單元公式，積分點個數(shù)，定義毛坯的資料屬性；導入切邊線對零件進展切邊過程的仿真；設

31、置回彈約束回彈分析時，必需施加適當?shù)奈灰萍s束排除剛性運動。按照零件的變形情況添加邊境條件，限制板料剛性位移；根據(jù)計算情況選擇單步或多步隱式算法；后置處置翻開回彈仿真的結(jié)果文件，查看零件的回彈前情況和回彈后的應變情況。2.2.3 單元類型的選擇 在進展板料沖壓成形CAE分析中，普通采取在一定的假設下建立起來的板殼單元進展分析，可使問題的規(guī)模減小。由于殼體實際本身近似簡化的產(chǎn)物，必然會有不少的研討者對板殼實際的幾何關系，物理關及平衡條件等提出各種簡化，導致在板料成形有限元分析中，單元的選擇非常多。多道次沖壓成形過程的數(shù)值模擬任務由于拉延行程長，不同道次之間還需求進展網(wǎng)格的再劃分，因此計算時間對運用

32、者來說就顯得非常重要。在眾多的單元中，Hughes-LiuHL單元和Belytschko-TsayBT單元是板料沖壓成形CAE分析過程中運用的非常廣泛的兩種殼體單元。HL單元是從三維實體單元退化而來的，有很高的計算精度，其缺陷就是計算量太大。BT單元采用了基于隨體坐標系的應力計算方法，而不用計算費時的Jaumann應力，有很高的計算效率。Hughes-Liu殼單元 Hughes-Liu殼單元簡稱HL單元是基于Ahmad等于1970年提出的8節(jié)點實體單元開展起來的。Hughes-Liu殼單元具有以下的特點：它是增量目的單元，剛體轉(zhuǎn)動不產(chǎn)生應變，可以處置常見的有限應變。它比較簡單，計算的效率和穩(wěn)定

33、性比較高它從實體單元退化而來，和實體單元兼容，從而可以運用許多為實體單元開發(fā)的新技術它包含橫斷面的有限剪應變必要時，它還可以思索厚向的減薄應變。正由于如此，Hughes-Liu殼單元是最早被LS-DYNA有限元求解器采用的殼單元，而且到目前為止依然是LS-DYNA采用的主要殼單元之一。2BT單元Hughes-Liu殼單元由于單元公式比較復雜，計算量較大，在求解大型復雜的板料成形問題是需求較長的計算時間。為了提高計算效率，引進了Belytschko-Lin-Tsay殼單元簡稱BT單元，它采用了基于隨體坐標系的應力計算方法，隨著殼體單元一同運動，降低計算非線性運動的復雜精度，不用計算費時的Jaum

34、ann應力，而具有很高的計算效率。在普通情況下，BT單元能得到與HL單元較為一致的計算結(jié)果。在顯式有限元分析中，BT單元成為較為常用的一種單元。2.2.4 邊境條件的處置板料沖壓成形過程中，隨著沖頭的運動，沖頭和模具外表因和板料接觸面而對板料施加的作用力是板料得以成形的動力。在接觸過程中，在板料的變形和接觸邊境的摩擦作用使得部分邊境條件隨加載過程而變化，從而導致了邊境條件的非線性。正確處置邊境接觸和摩擦是得到可信分析結(jié)果的一個關鍵要素12。接觸力的計算板料沖壓成形完全靠作用于板料上的接觸力和摩擦力來完成，因此接觸力和摩擦力的計算精度，直接影響板料變形的計算精度。接觸力和摩擦力的計算首先要求計算

35、出給定時辰的實踐接觸面，這就是所謂的接觸搜索問題。接觸力計算的根本算法有兩種，一種是罰函數(shù)法，另一種是拉格朗日乘子法。在罰函數(shù)法中位于 一個接觸面上的接觸點允許穿透與之相接觸的另一個接觸面，接觸力大小與穿透量成正比，即 2-7式中，是罰因子；S是接觸點的法向穿透量；負號表示接觸力與穿透方向相反。罰因子的取值大小會影響精度，過大會降低計算的穩(wěn)定性，在實踐計算時要仔細選取。在拉格朗日乘子法中，接觸力是作為附加自在度來思索的，其泛函方式除了包含有通常的能量部分外，還附加了拉格朗日乘子項： 2-8 式中，是節(jié)點的位移向量，K是剛度矩陣，F(xiàn)為節(jié)點力向量，是拉格朗日乘子向量，為接觸點的穿透量向量。對能量泛

36、函式2-8變分，建立有限元方程 2-9求解方程即可得到節(jié)點位移和拉格朗日乘子，拉格朗日乘子的分量即為接觸點出的法向接觸力。拉格朗日乘子法是在能量泛函極小的意義上滿足接觸點互不穿透的邊境條件，它添加了系統(tǒng)的自在度，需求采用迭代算法來求解方程，普通適用于靜態(tài)隱式算法。在顯式算法中，普通采用罰函數(shù)法。這種方法既思索了接觸力，又不添加系統(tǒng)的自在度，計算效率較高。2摩擦處置板料成形中的摩擦與普通的機械運動的摩擦相比，接觸面上的壓力較大，摩擦過程中的板料成外表不斷有新外表產(chǎn)生，界面的溫度條件更加惡劣。因此，摩擦力的準確計算對板料成形分析非常重要。目前在進展板料拉延成形數(shù)值模擬研討中，常用的摩擦定律仍為庫倫

37、定律，只是為了數(shù)值計算的穩(wěn)定性做了一些修正。由庫侖定律知，當接觸物體間的切向摩擦力小于臨界值時，兩接觸面間的相對滑移=0，而當=時，相對滑移是不定的，需有外界載荷和約束條件確定。按照經(jīng)典摩擦定律計算的摩擦力為： 2-10式中，是摩擦系數(shù)，是接觸點的法向接觸力，是相對滑動方向上的切向單位向量： 2-11 是相對滑動速度向量。由于在板料成形分析中，某些部分的相對速度很小或相對速度方向忽然發(fā)生改動，接觸形狀有粘連到滑動或相反的變化將導致按公式10計算的摩擦力方向和大小忽然變化，而引起的計算不穩(wěn)定。目前人們通常經(jīng)過引入的廣光順函數(shù)來修正庫倫摩擦定律，可用的光順函數(shù)有雙曲正切和反正切函數(shù)，可以得到以下修

38、正的庫侖摩擦定律： 2-12式中，是一個給定的相對滑動速度，它的大小決議了修訂的摩擦模型和原模型的相近程度。過大的導致有效的摩擦系數(shù)值的降低，但使迭代相對容易收斂，而太小的雖然可以較好模擬摩擦力的突變，但使求解的穩(wěn)定性下降。修正的摩擦模型式11和12近似。經(jīng)典庫倫摩擦定律是從最初適用的剛體普通化到變形體，是在遵照“切向力到達某一臨界值時，接觸外表才會在部分產(chǎn)生位移這一假設的前提下運用的。雖然這一假設在一定的情況下有效，但嚴厲的說，它是不成立的。實驗發(fā)現(xiàn)，只需有切向力存在，兩接觸面就會產(chǎn)生滑移，據(jù)此又提出了一些非線性的摩擦定律。但是這些摩擦模型有的過于復雜，有的一些系數(shù)很難經(jīng)過實驗獲得，運用的較

39、少，由以上的分析可知，板料拉深過程的光滑與流體光滑，流體靜壓光滑和彈性流體動力光滑存在很大的區(qū)別，不能用單一的實際來解釋，這也是迄今為止還沒有一種能圓滿解釋板料拉深成形過程中光滑景象的實際緣由之一。目前，在板料沖壓成形CAE分析時，為了降低問題的復雜程度，常用的摩擦定律仍是經(jīng)典庫倫摩擦定律，但為了提高成形分析的精度，進展實踐的工藝分析，可采用經(jīng)過詳細摩擦實驗獲得的實踐摩擦系數(shù)進展相關的CAE分析。2.3小結(jié)本章主要的講述了關于有限元涉及的一些根本實際，其中回彈是由于載荷在釋放時，制件各個部分由于遭到的力不均勻性和流動不均勻性而導致其產(chǎn)生回彈，為分析提供了實際支持。3 板料拉延過程的有限元分析3

40、.1引言本章主要是針對在制件的拉延過程基于Dynaform軟件中的前處置進展描畫和概括，包括前置處置的主要網(wǎng)格劃分，參數(shù)設定，設置完成后提交求解器計算，進入后置處置中進展制件的拉延結(jié)果分析。其步驟如圖3-1所示：導入零件CAD模型IGES，VAD，CATIA文件導入零件CAD模型IGES，VAD，CATIA文件零件網(wǎng)格劃分零件網(wǎng)格劃分定義工模具零件前置處置定義工模具零件前置處置定義板料求解器計算定義板料求解器計算定義拉延筋/壓邊圈后置處置，分析計算結(jié)果定義拉延筋/壓邊圈后置處置，分析計算結(jié)果設置成形參數(shù)設置成形參數(shù)圖 3-1拉延分析步驟3.2前處置3.2.1數(shù)據(jù)導入與網(wǎng)格化分啟動Dynafor

41、m后，選擇菜單欄中“File/Import命令，直接導入.iges文件，如圖3-2：并編輯零件層的稱號如以下圖3-3 圖 3-2 導入.iges文件 圖 3-3 編輯零件層對話框 詳細是：選擇菜單欄中Parts/Edit，可以出現(xiàn)Edit Part對話框，選擇“Name ID后修正圖層稱號，接受編輯設定，點擊退出。板料網(wǎng)格化分如以下圖3-4圖3-6 圖3-4 劃分板料網(wǎng)格單元 圖3-5 板料大小網(wǎng)格選擇 圖 3-6 板料網(wǎng)格化分終了如圖詳細如下：選擇菜單欄中Tools/blank Generator，后選擇第一項(BOUNDARY LINE)，并在選擇線的方式對話框中選擇第四小項，并確認所選的

42、線。留意：在劃分單元網(wǎng)格之前要確保當前正在任務的零件層是正確的blank如以下圖。假設不是,可在隨后的列表中選擇blank. 圖 3-6 封鎖零件“DIE工具網(wǎng)格化分首先將右下角的Current Part中把DIE設為當前任務層詳細見圖3-6，同板料設置，并同時將板料層封鎖。方法如 圖3-7 封鎖“blank層劃分網(wǎng)格步驟：選擇菜單欄中“Preprocess/Element，然后選擇“Surface Mesh，設置成系統(tǒng)缺省值，選擇其中 “Select Surfaces按鈕，在彈出的對話框中點擊“Display Surf按鈕，在此時DIE將會出現(xiàn)高亮顯示。確認后退回到“Element。 圖 3

43、-8 “ELement對話框 圖 3-9 “Surface Mesh對話框最終結(jié)果如下： 圖 3-10 完成網(wǎng)格化分的模型表示圖將網(wǎng)格劃分終了后，要進展零件的單元網(wǎng)格模型的檢查，主要進展單元的邊境顯示與法向一致性。在工具欄中選擇“Part Turn On/Off，并封鎖“Blank，然后翻開“DIE，同時將零件“DIE作為當前零件層，然后再選擇菜單欄“Preprocess/Model Check /Repair命令，彈出如以下圖所示的“Model check/Repair對話框。 圖3-11 正在進展網(wǎng)格模型檢查選擇 “Auto Plate normal，會彈出“CONTROL KEYS對話框

44、，然后選擇“CURSOR PICK PART選項，點擊零件DIE凸緣面，會彈出“Dynaform Question的對話框，察看網(wǎng)格的法線方向，然后確定網(wǎng)格法線方向，確保使法線方向一直指向坯料與工具的接觸面方向，這樣就完成網(wǎng)格法線方向檢查。然后退出“CONTROL KEYS的對話框，前往“Model check/Repair界面。 圖3-12 對零件“DIE進展網(wǎng)格法線法向檢查在“Model check/Repair的對話框中點擊“Boundary Display 的按鈕，對零件進展邊境的檢查，通常只允許除邊緣輪廓邊境成白亮色外，其他部位均堅持不變。假設其他部位有白色亮顯示那么闡明此處有缺陷，

45、必需對其進展修補或者重新進展網(wǎng)格化分。邊境檢查終了后點擊“Clear Highlight，按鈕，將白亮色消除。由于背景曾經(jīng)設置成了白色，所以輪廓線采用為黑色。 圖3-13 對零件“DIE進展輪廓邊境的檢查等距創(chuàng)建壓邊圈與凸模。首先創(chuàng)建存放binder和punch的零件層，選擇菜單欄中“Parts/Create，在NAME欄中輸入“binder和“punch確認。詳細方法如下： 圖3-14 創(chuàng)建PUNCH的零件層然后將Current Part選擇PUNCH做為當前的零件層。選擇等距生成PUNCH在菜單欄中選擇“Preprocess/Element按鈕，接著 選擇“offset按鈕，封鎖“In O

46、riginal Element的復選框，使得新生成的單元放置在當前零件層中，并確?！癙UNCH零件層是當前零件層，并保管原始的DIE零件層，然后設置“COPY NUMBER數(shù)目為1，并且設置“Thickness數(shù)值為1.1即為板料厚度1.1倍，點擊“Select ELements對話框，并選擇“Displayed，然后使零件高亮顯示，選中“Spread，按鈕并調(diào)整滑塊“Angel的數(shù)值為1，隨后勾選復選框“Exclude，點中DIE凸緣面，此時除了凸緣面外其他部分成白色高亮顯示，確認后前往“Offset Elements的對話框，選擇運用退出。就完成了新零件“PUNCH的創(chuàng)建。 圖3-15 選

47、擇單元對話框 圖3-16 單元復制及其參數(shù)設置 圖3-17 創(chuàng)建零件“PUNCH網(wǎng)格模型設置 圖3-18 創(chuàng)建的零件“PUNCH分別出binder：首先翻開前面曾經(jīng)創(chuàng)建好的零件層binder，點擊工具欄“Parts Turn on/off的按鈕，并確保封鎖“Blank和“Punch，兩個層，僅僅翻開DIE層。然后將新創(chuàng)建的BINDER層翻開，在菜單欄中選中“Preprocess/Element的菜單項，點擊“offset按鈕，點擊“Select ELements的對話框，并點擊“Spread按鈕，然后調(diào)整滑塊“Angel的數(shù)值為1，勾選復選框中“Exclude，同時點擊DIE凸緣面，此時出凸緣

48、面外其他部分成白色的高亮顯示，然后運用并前往“Offset Elements對話框，選擇退出對話框，這樣就完成了新的零件“BINDER創(chuàng)建。 圖3-19 添加零件對話框選擇Unspecified按鈕，并選擇零件層中binder，然后確認所選中的單元移到binder中，封鎖后退出轉(zhuǎn)移功能。選擇Parts/Separate按鈕，分別選擇PUNCH和BINDER，然后確認,兩零件層自動分別。 圖3-20 分別BINDER對話框圖 3-20分別出的BINDER然后導出相應網(wǎng)格模型。如以下圖： 圖 3-21生成的工模具模型3.2.2工具與工序定義添加工序：首先選擇菜單中“Setup/AutoSetup，

49、會彈出“New simulation選擇如下:0.7 0.7 圖3-22 “New simulstion對話框定義板料：可在sheet forming的設置頁面中，單擊forming Stage，然后對forming工序進展定義?？牲c擊紅色Blank選項，隨后進入Blank定義頁面如圖3-23所示。點擊紅色的Define geometry選項后進入Define Geometry的對話框。在Define Geometry對話框中單擊Add Part選項如圖3-24所示選擇BLANK Part為板料，最后退出后完成定義。圖3-23 “sheet forming對話框 圖3-24 定義板料部件過程定

50、義資料：選擇BLANKMAT按鈕，如圖3-46所示， 會彈出Material 的對話框選擇Material Library按鈕，能彈出Material Library對話框圖 3-25 板料資料定義 圖 3-26 板料資料定義頁面 圖3-27資料庫定義頁面 圖3-28 資料DP600應力應變曲線定義工具：可在sheet forming的對話框中單擊選擇紅色的Tools按鈕，然后進入工具的定義頁面?？蛇x中die工具中相對應的Define Part按鈕，隨后進入Define Geometry對話框。然后在Define Geometry的對話框中單擊選擇Add Part按鈕，選擇DIE Part做為

51、其中凹模，如圖3-50所示，然后可退出完成定義。圖 3-29定義DIE的零件 反復前述操作，分別定義Punch和Binder工具。圖 3-30 定義完成部件定位工具位置：可單擊Positioning 。先將Blank定位到Punch上，然后定位die和binder分別與Blank接觸。 圖3-31 定位對話框3.2.3控制成形參數(shù)設置圖 3-32 設置“closing對話框圖 3-33 設置“drawing對話框在sheet forming的對話框中單擊Process選項并進入工步設置界面。然后將closing采用為默許設置。選中drawing把binder改為力控制，過程如圖3-55。默許C

52、ontrol頁面的參數(shù)設置過程。3.2.4工模具運動的動畫模擬演示在“Sheet Forming的對話框中選擇菜單欄中“Preview /Animation的對話框，然后調(diào)整滑塊“Frames/Second的數(shù)值為10， 單擊選擇“Play按鈕進展動畫的模擬演示。經(jīng)過對動畫的察看，可以方便的判別出工、模具運動的設置能否正確和合理。 按“Stop終了動畫，然后前往“Sheet Forming的對話框。圖3-34 動畫顯示控制對話框3.3提交計算1. 在全部都設置完成后，單機選擇菜單欄中的Job-Job Submitter選項 。如圖3-56-圖3-57所示2. 系統(tǒng)會彈出另存為對話框，輸入文件名

53、并保管，隨后就可以提交計算。 圖 3-35 提交義務對話框圖 3-36 義務提交管理器界面圖 3-37提交義務后的計算顯示3.4結(jié)果后處置及分析運用eta/POST來進展后置處置 eta/POST可以讀取并處置d3plot的文件中一切的可用數(shù)據(jù)。除了包括沒有變形過的模型數(shù)據(jù)，d3plot文件還包括有一切的由LS-DYNA所生成的結(jié)論文件應變，應力，時間的歷史曲線和變形過程等。讀入結(jié)論文件d3plot到eta/Post 并啟動后處置圖 3-38后處置菜單圖 3-39板料拉延結(jié)果變形過程缺省的繪制形狀能繪制變形過程Deformation。在幀F(xiàn)rames的下拉菜單中，單擊選擇Select Case

54、s的選項，就可以察看其全部變形過程。 圖 3-40 選擇察看類型對話框選擇，就可以察看成形的過程中其毛坯厚度的變化過程。選擇，就可以察看其零件的成形極限圖。選擇，就可以察看其零件中性層中的主應變。以下各圖依次為幾次主要的拉延模擬結(jié)果的成型極限圖、壁厚分布圖和主應變圖。60噸壓邊力不加拉延筋成型極限圖60噸壓邊力不加拉延筋壁厚分布60噸壓邊力不加拉延筋主應變圖80噸壓邊力加50%拉延筋成型極限圖80噸壓邊力加50%拉延筋厚度圖 80噸壓邊力50%拉延筋主應變圖80噸壓邊力25%拉延筋壁厚分布云圖80噸壓邊力25%拉延筋成形極限圖80噸壓邊力25%拉延筋中性層主應變圖拉延仿真的結(jié)果闡明：經(jīng)過 dy

55、naform軟件可以很好的對制件拉延過程進展模擬，并且可以得到滿足實踐消費要求的仿真模擬結(jié)果，也就是說制件要有有一定的減薄率從而來減少制件回彈，同時整個制件的成形性也可滿足要求，其中沒有明顯的起皺與破裂的區(qū)域，可以在這個根底之上進展關于彈性變形的有限元模擬分析。該汽車防撞梁拉延結(jié)果顯示，當壓邊力為80噸，并在壓邊圈上加25%的拉延筋得出上述圖示效果，在兩端和板料邊緣處有少量回彈和起皺，但制件整體呈現(xiàn)大面積safe的形狀。拉延結(jié)果比較稱心。3.5小結(jié) 本章是主要引見了有關于板料拉延的有限元分析過程以及如何進展網(wǎng)格的劃分并設置有限元參數(shù)，和工具以及工序的定義等，最終經(jīng)過后置處置來察看有關板料減薄率

56、，成形極限圖來研討參數(shù)，為進展制件的參數(shù)影響規(guī)律的有限元分析奠定了根底。4 板料回彈的數(shù)值模擬4.1 引言本章主要是針對第三章所計算出的.dynain類的文件來做相關的回彈計算，然后將最后成形制件的邊線導入，在dynaform軟件中進展前置處置并進展提交運算，最后針對回彈的求解結(jié)果進展分析。4.2 回彈分析回彈是板料在沖壓成形過程中，特別是在板料彎曲工藝中難以防止的工藝缺陷，也是彎曲工藝中最普遍存在的景象，其緣由主要是由于內(nèi)力會在卸載過程中重新分布，進展板料的成形工藝設計時必需思索盡能夠要減小回彈。很多要素都影響著回彈大小，在做詳細零件成形時，減小回彈的措施大致有三種：盡能夠的要選取彈性模量E

57、較大的資料；對產(chǎn)生回彈的制件而言，經(jīng)過精修模具來消除回彈影響；在成形過程中，預先計算出回彈的回彈量大小和趨勢，采用補償回彈量的方法，在模具設計時讓制件在產(chǎn)生回彈后符合制件的成形尺寸和精度要求。運用計算機的CAE分析，來預測板料的回彈大小以及回彈趨勢，減少在消費環(huán)節(jié)所耗費的代價是現(xiàn)代模具消費和沖壓工藝開展的必經(jīng)之路。與此同時，板料沖壓的CAE仿真技術正在不斷完善，這為相關研討提供了堅實的根本要素。經(jīng)過仿真可以在設計模具的階段就預料到在實踐消費成形過程中的回彈量和回彈趨勢，如回彈量在要求的允許的范圍內(nèi)，那闡明設計是可以實施的，模具可以投入消費中；如超出規(guī)定的范圍值，那么應根據(jù)實際和實際來提出可減小

58、回彈的措施。比較復雜的拉延成形工藝的回彈控制可以從兩方面著手: 第一，可以修正成形過程中的邊境條件，例如壓邊力、毛坯的外形、模具的圓角和摩擦的形狀等參數(shù)來減小回彈，這種方法普通稱為工藝控制法。第二個方法是在特定的工藝條件下預先算好或?qū)嵺`丈量回彈量的值，然后再采用改動模具的外形使得制件在回彈后的外形剛好符合設計精度，也就是幾何補償法。實踐消費中兩類方法普通結(jié)合運用，這樣才干到達最優(yōu)的效果。當今廣泛采用有限元模擬計算的方法，并被運用到幾乎全部的板料沖壓成形CAE軟件中，如本文的ETA/DYNAFORM、Autoform 、LS-DYNA等。4.3 回彈數(shù)值模擬前處置4.3.1 導入模型進展回彈分析

59、選擇菜單中“文件-導入命令，在文件類型菜單中選擇類型為DYNAIN*.dynain*，選擇需求的文件，如圖4-1所示，導入制件。將生成的新數(shù)據(jù)庫文件保管在預設的文件夾中。 圖4-1 回彈分析模型導入對話框4.3.2 導入成形零件邊線 導入V293y.iges文件，選擇菜單中“工具-毛坯操作-裁剪對話框，進入“坯料修剪的對話框，如圖4-2所示，點擊“外部邊境按鈕，進入“選擇線的對話框，選擇邊境限后單擊“確定，前往“坯料修剪的對話框，單擊“運用按鈕，再單擊“退出按鈕完成。完成修剪的零件如圖4-4所示。 圖4-2 “板坯修剪對話框 圖4-3 “選擇線對話框圖4-4 完成修剪的零件4.3.3 回彈分析

60、設置 選擇菜單“設置-回彈命令，進入“快速設置-回彈的對話框，如圖4-5，針對毛坯和資料等屬性進展定義。單擊“Blank的按鈕，進入“定義毛坯的對話框，如圖4-6，選擇“選擇零件的按鈕，進入“Define Blank的對話框，如圖4-7，參與零件。其他的設置，如求解分析等都采用系統(tǒng)缺省值的設置。單擊圖4-5中“None按鈕，進入如圖4-8所示“資料對話框，單擊“資料庫的按鈕，按照圖4-9選擇dp600資料，按“確定按鈕，退出“資料庫對話框，單擊“確定的按鈕，可退出“資料對話框，進入“快速設置-回彈的對話框。 圖4-5 回彈設置對話框 圖4-6 “定義毛坯對話框 圖4-7 “Define Bla