CAE仿真经典文献系列之《板料冲压成形过程的三维动态模拟》

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第28卷第3期2000年3月

华中理工大学学报

VOl.28Mar.

NO.32000

J.~uazhOnguniv.Ofsci.STech.

板料冲压成形过程的三维动态模拟

阮霞杨文兵王乘

(华中理工大学力学系)

摘要:采用随动拉格朗日坐标 应用三维弹塑性大变形有限元动态分析技术 模拟了板料拉深成形的全过程 得到了拉深过程中任意时刻各处的应力和应变值.取壁部单元的最后应变值 反映到成形极限图上 与实验测得结果进行比较 符合良好.改变压边力这一参数 得到了预期结果 真实再现了实验现象.关

键

词:冲压成形;弹塑性;非线性有限元

文献标识码:A

文章编号:1000-8616(2000)03-0042-03

中图分类号:TG301;TP391.72

板料冲压成形是一个牵涉到几何非线性~材料非线性和边界条件非线性的复杂的力学问题 影响板料成形过程的因素很多 各因素对成形的影响程度亦很难精确确定.其复杂性使实际生产中的设计难度增大 传统的成形工艺设计过程在依据经验初步设计完毕后 仍需不断试模~修模 有时甚至会出现模具报废 这样 就大大延长了设计周期 增加了模具成本.随着计算机的飞速发展和有限元理论的不断完善 逐步利用有限元方法相对真实地模拟板料成形过程.无疑这种模拟越是接近真实 其实际的工程意义也就越大[1 2].

本文采用三维弹塑性大变形有限元动态分析技术 模拟了板料拉深成形的全过程.

depzj=d/BF/Bozj

式中 depzj是塑性应变增量;d/为瞬时的非负比例系数 具体数值与材料硬化法则有关 与MiSeS

屈服条件相关联的流动法则为depzj=d/BF/Bozj=d/Szj 于是有

e

dezj=depzj+dezj=dSzj/(2G)+Szjd/;<

dekk=(1-27)dokk/E.1.2有限元方法

在拉格朗日坐标系中 对应于某一瞬时t 具有总体积V 内作用面Sin 位移边界Sia与外力边界ST的相互作用系统应满足虚功原理 即

1

1.1

基本原理

弹塑性材料的应力应变关系

板料冲压成形属于弹塑性大变形行为[3].弹

oBxdV-*BxdV-*BxdS=0 pFT

V

V

zj

z j

V

z

z

ST

z

z

-pxzBxzdV+

-是式中 p是密度;xz(z=1 2 3)是位置坐标;xz

加速度;Bxz和Bxz j分别为虚位移及其导数的增

*是体积力与面力.量;*F和T

z

z

塑性材料进入塑性后 应力应变不再存在唯一的线性对应关系 每一时刻的应力~应变状态都是此前的加载路径和应变状态综合作用的结果 应引入增量理论.本文采用MiSeS屈服准则 即F(ozj)=SzjSzj/2-o2SO/3=0

式中 oSO是材料单轴应力状态时的屈服应力;Szj=ozj-om6zj是应力偏张量 om=okk/3.

假设材料发生的是各向同性强化 后续屈服函数应为F(ozj)-K=0 即

-SzjSzj/2-o2Sep/3=0

-为现时的后续屈服应力.增量理论中 塑式中oSep性流动法则为

收稿日期:1999-08-18.作者简介:阮

将体积离散化为n个单元 为了保持4面体

单元的抗畸变能力 同时又使计算精度得以保证 在4节点4面体单元的基础上 建立了8节点6面体超级单元.每个单元的节点数为8 位置坐标xz可用形函数Nj(j=1 2 m)与节点位置xz的插值表示为

j

8

xz= Nj( 7 C)xjz(t);

j=1

形函数Nz定义为

Nz=(1+ z)(1+77z)(1+CCz)/8;z=1 2 8

式中 7与C是单元局部坐标;t是时间变量.因

霞(1976-) 女 硕士研究生;武汉 华中理工大学力学系(430074).

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板料冲压成形过程的三维动态模拟

此9离散后的虚功原理可用矩阵的形式表达为

nz=1

{

Vz

ONTN0dV-

Vz

BTodV-

Vz

*

ONTFdV-

ST

*

NTTdS=09

z

式中9N为单元形函数Nz的集合矩阵;0是节点

~的关系为~=加速度矢量9与加速度XXzN0;B是z变形协调矩阵9定义为B=DTN9D是矩阵算子9

定义为

}

D=8/8I

008/8308/108/83

8/8I

8/8

;

L0

08/8 08/838/8I

o是应力矢量;*F与*

T分别是给定的单元体积力与面力载荷矢量.

2

算例

应用上述系统9取不同的压边力试算了几个

直.8形成高计所的题

9

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年

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板料冲压成形过程的三维动态模拟

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

阮霞， 杨文兵， 王乘， Ruan Xia， Yang Wenbing， Wang Cheng华中理工大学力学系

华中理工大学学报

JOURNAL OF HUAZHONG UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY2000,28(3)9次

参考文献(3条)

1.肖景容;李尚健 塑性成形模拟理论 1989

2.Wu W T;Li G;Arvind A Development of A Three Dimensional Finite Element Method Based ProcessSimulation Tool for the Metal Forming Industry 1996(08)

3.Tatenami T Effect of Controlling Blank Holding Force on Suppersing Wrinkle in Sheet MetalForming 1993

引证文献(9条)

1.王成.曲庆文.尹明虎.赵海星 板料拉深成型中的润滑特性分析[期刊论文]-山东理工大学学报（自然科学版） 2010(3)

2.孙建亭.李文娟.岳振明.高军 AZ31B镁合金薄板拉深成形模拟分析[期刊论文]-锻压装备与制造技术2010(5)

3.董洪波.王高潮 座垫衬板冲压成形性的有限元分析[期刊论文]-热加工工艺 2009(13)

4.安小军.谢桂兰.刘新 基于ANSYS/LS-DYNA的板料拉深数值模拟研究[期刊论文]-现代制造工程 2007(1)5.黄庆宝.陈玉全.杨大宇.李金宇.付仲伟.柴邦林 汽车覆盖件冲压数值模拟分析及参数优选[期刊论文]-哈尔滨理工大学学报 2006(5)

6.李延平.朱东波.卢秉恒 汽车覆盖件模具快速制造技术研究[期刊论文]-汽车工程 2005(2)7.陈英杰 梁和薄板的回弹变分原理研究与应用[学位论文]博士 20058.苏钰 低硅TRIP钢组织、力学性能与形变行为的研究[学位论文]硕士 2005

9.郭成.史东才.王朝明.苏文斌.刘高岭 基于经验知识的覆盖件成形过程数值模拟与参数优化[期刊论文]-机械工程学报 2004(3)

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