基于ANSYS的线材滚弯过程的数值分析及优化设计

论文摘要

金属弯曲件的质量取决于其成形过程中的各种工艺参数,而工艺参数的设置往往依赖设计者的经验,需要通过试验进行反复修正和补偿,花费大量的人力、物力和财力。仿真技术则可以实现金属成形过程的仿真,预测可能存在的缺陷,从而提高劳动效率、节约时间、降低成本。目前线材已经广泛地应用于各个行业,成形线材质量的好坏更是直接影响到这些行业产品的结构合理性、安全性和可靠性。但线材成弯曲成形后的卸载过程会产生难以预测的回弹量,这是线材成形质量的主要影响因素,也是生产过程中所碰到的难以解决的问题。本文主要采用有限元模拟技术对线材滚弯成形过程展开了研究,主要工作和成果如下:(1)针对线材成形过程中产生的回弹难以预测这一问题,通过回弹解析研究建立了回弹数学模型,并通过有限元仿真验证得出此数学模型在一定的条件下是准确的。(2)回弹数学模型的建立基于以下得出的结论:通过有限元模拟仿真结合正交设计试验方案,分析得出了弯曲力臂长度是影响回弹角的一个重要因素。(3)基于弯曲力臂上产生的回弹角比较大这一结论,提出了一个优化模型,同时理论推导出了相对合理的运动加载曲线,并通过进一步的仿真验证了优化模型是可行有效的。(4)由于采用理想的弹塑性简化材料模型进行研究,希望在以后工作中尝试更多与实际接近的材料模型。所建立的回弹数学模型是在一定的近似条件下推导而出,存在一定的误差,希望能在以后的工作中进行进一步的修正。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.1.1 课题研究的背景
• 1.1.2 课题研究的意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 基于塑性弯曲理论的回弹解析研究
• 1.2.2 弯曲回弹的有限元模拟研究
• 1.3 本课题研究内容和研究方法
• 1.3.1 本课题的研究内容
• 1.3.2 本课题研究方法
• 1.4 本章小结
• 第2章 弹塑性理论及其有限元法
• 2.1 弹塑性理论概述
• 2.1.1 理论模型的简化
• 2.1.2 回弹相关理论基础
• 2.1.3 强化条件和加卸载准则
• 2.2 弹塑性有限元法
• 2.3 有限元算法概述
• 2.3.1 动力显式算法
• 2.3.2 静力隐式算法
• 2.4 ANSYS/LS-DYNA分析简介
• 2.5 本章小结
• 第3章 线材滚弯成形及其数值模拟分析
• 3.1 线材生产工艺概述
• 3.1.1 生产装置简介
• 3.1.2 线材滚弯过程的力学建模
• 3.2 线材滚弯过程的有限元模型的建立
• 3.2.1 材料模型的选取
• 3.2.2 单元的选取
• 3.2.3 网格划分
• 3.2.4 边界条件及载荷约束
• 3.3 关键技术
• 3.3.1 网格精度控制
• 3.3.2 计算时间控制
• 3.3.3 沙漏控制
• 3.4 仿真试验设计方案
• 3.4.1 正交设计概述
• 3.4.2 本试验设计方案
• 3.5 本章小结
• 第4章 线材滚弯成形后的回弹分析
• 4.1 回弹仿真的一般实现过程
• 4.2 影响线材回弹的主要工艺参数
• 4.3 弯曲力臂上的应力应变分析
• 4.4 基于弯曲力臂的回弹数学模型及验证
• 4.4.1 回弹理论数学模型推导
• 4.4.2 仿真验证
• 4.5 一种减少回弹量的改进方案
• 4.5.1 优化模型的提出
• 4.5.2 运动方程的提出与推导
• 4.6 优化模型的仿真验证
• 4.6.1 运动方程的加载效果验证
• 4.6.2 优化模型的优化效果验证
• 4.7 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 未来展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录