板材多点成形中回弹的数值分析及补偿研究

论文摘要

无模多点成形作为板材三维曲面成形的一种“柔性”加工方法，凭借着灵活的变形路径、适用范围广泛和成形流程自动化等优势，已经在汽车、飞机和船舶等众多领域得到了成功的应用。多点成形模具是由一系列高度可调的基本体点群组成，来构造出所需的曲面形状。这种成形技术与计算机技术巧妙地结合，计算机一方面根据目标曲面的形状为成形面造型，另一方面又实时地控制基本体的高度。这里利用基本体成形面可以灵活控制的优势，对不同曲面（马鞍面和抛物面）的多点成形过程进行了数值模拟。回弹是板材冲压成形后不可避免的现象，由于回弹的存在，对成形精度带来了很大的影响。本文运用有限元软件ANSYS/LS-DYNA模拟板材冲压成形后的回弹，其中，显式算法模拟板材冲压过程，隐式算法模拟脱模后的回弹。分别对不同曲率半径和不同屈服极限的板材进行数值模拟，分析得出回弹的分布规律及回弹趋势。为了有效地降低回弹所带来的误差，提出了修正基本体群成形面补偿回弹，获得精确形状零件的方法，并描述了该方法的主要步骤。就是通过修正成形面形状的办法，使板材回弹后的形状更接近于目标形状。运用修正模具形面（回弹补偿）来提高成形精度，必须要多次调整基本体的高度来对板材冲压，这样很容易导致成形曲面不光滑。这里运用B样条曲面拟合空间点的办法，求出能使曲面光滑的基本体高度。最后，用上述方法经过两次补偿，精度得到了很大的提高，证明该方法可以很好地补偿多点成形中的回弹。这些结论对多点成形的实际运用具有参考价值和指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 前言
• 1.1 多点成形技术简介
• 1.1.1 基本原理
• 1.1.2 产生和发展
• 1.1.3 多点成形的技术特点及主要用途
• 1.2 板材冲压成形有限元模拟的研究和发展
• 1.3 LS-DYNA 软件简介
• 1.4 回弹产生的机理
• 1.5 课题的主要研究内容
• 2 板材多点成形数值模拟基本理论
• 2.1 板材成形中的应力应变关系
• 2.1.1 广义胡克定律
• 2.1.2 金属板材塑性变形的应力—应变关系
• 2.2 能量原理
• 2.2.1 虚位移原理
• 2.2.2 最小势能原理
• 2.3 结构动力学问题有限元方法
• 2.3.1 运动方程
• 2.3.2 质量矩阵和阻尼矩阵
• 2.4 回弹数值模拟的显-隐式算法
• 2.5 小结
• 3 多点成形回弹的有限元模型建立
• 3.1 板材多点成形过程的描述
• 3.2 模型建立（回弹）的步骤
• 3.3 数值模拟中若干问题的研究
• 3.3.1 单元的选择
• 3.3.2 网格的划分
• 3.3.3 接触问题的处理
• 3.3.4 约束和载荷的施加
• 3.4 小结
• 4 多点成形回弹的数值分析
• 4.1 回弹量的计算
• 4.2 成形面的曲面造型
• 4.2.1 马鞍面曲面构造
• 4.2.2 抛物面曲面构造
• 4.3 使用弹性垫的多点成形
• 4.4 圆柱面成形的回弹
• 4.4.1 有限元模型
• 4.4.2 成形件曲率半径对回弹的影响
• 4.4.3 材料屈服强度对回弹的影响
• 4.5 球面成形件的回弹
• 4.5.1 有限元模型
• 4.5.2 成形件曲率半径对回弹的影响
• 4.5.3 材料屈服强度对回弹的影响
• 4.6 小结
• 5 多点成形中回弹的控制研究
• 5.1 基本体成形面修正方法
• 5.1.1 基本原理
• 5.1.2 修正过程
• 5.2 光滑曲面构造
• 5.3 应用实例
• 5.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢