曲面片近似展开综合分析与成形模拟

论文摘要

钣金构件广泛应用于机械、化工、冶金、轻工等行业。其中钣金展开是这一生产实践中的一个重要环节,其展开精度直接影响钣金构件的冲压成形性能和成形质量。因此,研究曲面片的近似展开具有很强的实际意义。总结近一个世纪以来曲面展开的理论和方法,其先后经历了对可展曲面的展开研究和对不可展曲面的展开研究。可展曲面如圆柱面、圆锥面等的展开研究目前已经较为成熟,并已经在生产实践中广泛应用,其可以无误差地展开,不存在展开精度的问题。而目前对曲面片的展开研究,主要针对不可展曲面的展开。展开误差的评定主要采用形状误差、长度误差和面积误差等方法,并根据不同的展开系统稍有侧重地选用不同的误差评价方法。对不可展曲面的展开研究,目前较为流行的有基于几何模型展开法中的三角网格法和基于物理模型展开法中的有限元逆算法。本文从分析三角网格法的展开机理入手,通过UG二次开发,实现了曲面的程序展开,并通过其误差分析系统研究了三角网格法随不同参数变化时的误差变化规律。在有限元逆算法中,本文首先论述了采用有限元逆算法进行板料展开时需要解决的关键问题和实现程序系统。并通过这个程序系统,也相应地研究了其误差变化规律,并通过把这些规律与三角网格法进行比较,得出了相应的结论。板料成形CAE分析也是本文所讨论的一个重点,其研究方向主要分为两个方面,首先是仿真系统机理本身的研究,包括求解格式选择、材料和工艺的选择和压边圈的处理等。其次是后处理系统,包括成形极限图、厚薄图、成形力及回弹分析等。本文通过实例研究,论述了板料成形CAE的全过程,分析了其成形性能和成形质量,并提出了新的回弹率计算公式,可以用来数量化地表示回弹,同时给出减少回弹的方法。在研究板料成形仿真中钣金坯料的设计无疑是其中较为关键的一步,而采用有限元逆算法所得到的钣金坯料一般都要增加余量,来满足成形需要。本文就这部分内容也做了探讨和实验研究,并给出了钣金坯料成形时的优化方法。上述功能的实现主要采用UG NX3.0软件作为平台,综合运用UG/Open MenuScript、UG/Open UIStyler、UG/Open API和VC++6.0等UG二次开发工具来实现曲面的三角网格展开和误差评价,利用DYNAFORM5.5软件进行板料成形及后处理分析。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 基于几何模型的展开方法
• 1.2.2 基于物理模型的展开方法
• 1.2.3 综合展开法
• 1.2.4 曲面展开误差
• 1.2.5 板料成形设计方法
• 1.3 选题意义和研究内容
• 1.3.1 选题意义
• 1.3.2 主要研究内容
• 1.4 小结
• 第2章 曲面展开的三角网格法
• 2.1 前言
• 2.2 曲面的离散与网格化
• 2.3 三角网格法的展开原理
• 2.3.1 三角网格法展开步骤
• 2.3.2 单元构成方式的确定
• 2.3.3 展开基点的确定
• 2.4 三角网格法近似展开程序系统
• 2.4.1 系统实现条件
• 2.4.2 误差分析系统
• 2.4.3 系统实现功能
• 2.5 曲面展开及误差分析
• 2.5.1 随曲率变化曲面展开及误差
• 2.5.2 随面积变化曲面展开及误差
• 2.5.3 随划分网格数变化曲面展开及误差
• 2.6 小结
• 第3章 曲面展开有限元逆算法
• 3.1 前言
• 3.2 有限元逆算法在毛坯设计中的几个关键问题
• 3.2.1 本构方程
• 3.2.2 塑性变形能及摩擦功
• 3.2.3 边界条件
• 3.2.4 有限元方程的建立和求解
• 3.3 曲面的有限元网格化
• 3.4 有限元程序实现
• 3.5 有限元逆算法曲面展开及误差分析
• 3.5.1 随曲率变化曲面展开及误差
• 3.5.2 随面积变化曲面展开及误差
• 3.5.3 随厚度变化曲面展开及误差
• 3.6 三角网格法与有限元逆算法展开误差比较
• 3.6.1 随曲率变化三角网格法与有限元逆算法误差比较
• 3.6.2 随面积变化三角网格法与有限元逆算法误差比较
• 3.7 小结
• 第4章 板料成形CAE分析
• 4.1 前言
• 4.2 仿真分析中的关键技术
• 4.2.1 动力显式格式在有限元仿真中的虚拟条件
• 4.2.2 材料和工艺参数的选择
• 4.2.3 压边圈的处理
• 4.3 仿真结果的处理
• 4.4 回弹分析
• 4.4.1 回弹机理分析
• 4.4.2 回弹率
• 4.4.3 回弹控制
• 4.5 板料成形CAE分析的一般过程
• 4.6 小结
• 第5章 成形实例与结果分析
• 5.1 前言
• 5.2 DYNAFORM 5.5软件
• 5.3 板料成形仿真的实际应用
• 5.3.1 几何建模
• 5.3.2 成形仿真
• 5.4 成形质量分析
• 5.5 成形力分析
• 5.6 回弹分析
• 5.7 毛坯偏置量大小对成形质量的影响
• 5.8 小结
• 第6章 总结和展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文及获奖情况