基于ANSYS/LS-DYNA薄壁零件冲压成形过程数值仿真分析

论文摘要

在薄壁零件模具设计过程中,由于技术能力、开发周期和开发成本等诸多因素的限制,技术人员不可能仅依靠大量的传统试错分析对薄壁零件模具的成形方案进行改进。因此有限元数值模拟技术逐渐成为提高薄壁零件开发水平不可缺少的重要工具。现有的薄壁零件冲压成形研究主要以验证是否能避免出现明显的产品缺陷为主,对于如何在设计阶段合理确定薄壁零件模具各个参数等问题缺乏全面、系统的研究。因此研究薄壁零件冲压成形技术,寻求适用于薄壁零件成形过程的最优化参数组合,具有重要的工程意义和研究价值。本文较系统的阐述和讨论了冲压成形仿真非线性有限元理论,包括材料模型、单元算法、接触及摩擦问题的处理等。讨论了冲压仿真有限元建模方法,并对仿真过程中关键问题做了较深入的研究,在此基础上对薄壁零件的冲压过程进行了仿真。主要内容如下：1、系统阐述了薄壁零件冲压成形仿真非线性有限元理论,并在参考有关文献的基础上阐述了Hill和Barlat模型的增量型弹塑性本构关系的显式表达及求解；阐述了适合于冲压仿真的BT壳单元理论和接触及摩擦问题的处理等。2、本文分析了起皱的机理、分类、特点及其消除起皱的措施,还讨论了拉裂的分类、预测及其控制方法。3、基于前面建立的有限元模型,虚拟凸模冲压速度、压边圈冲压位移、凸模圆角、凹模圆角等参数进行了优化组合。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 板料成形仿真技术的发展及现状
• 1.2 板料成形仿真技术应用现状
• 1.3 板料成形仿真技术的主要问题
• 1.4 板料成形仿真的应用软件
• 1.5 本课题主要解决问题
• 第2章 冲压成形非线性有限元仿真原理
• 2.1 概述
• 2.2 非线性弹塑性模型材料的本构关系
• 2.2.1 屈服准则
• 2.2.2 流动准则
• 2.2.3 Hill屈服准则下的本构关系
• 2.2.4 Barlat屈服准则下的本构关系
• 2.3 板壳成形单元模型
• 2.3.1 共旋坐标系的定义
• 2.3.2 Belytschko-wong改进
• 2.4 冲压成型有限元分析中的接触问题
• 2.5 动态显式分析概述
• 2.5.1 显式时间积分与时步控制
• 2.5.2 摩擦处理
• 2.5.3 质量缩放
• 2.5.4 沙漏模态
• 2.6 本章小结
• 第3章 薄壁零件冲压缺陷分析
• 3.1 起皱
• 3.1.1 起皱的机理
• 3.1.2 起皱的分类
• 3.1.3 影响起皱的因素
• 3.1.4 消除起皱的措施
• 3.2 拉裂
• 3.2.1 拉裂的分类
• 3.2.2 拉裂的预测与控制
• 3.3 本章小结
• 第4章 板料冲压成形有限元仿真分析
• 4.1 引言
• 4.2 坯料的尺寸计算
• 4.2.1 FASTBLANK软件的简介
• 4.2.2 利用FASTBLANK进行零件展开
• 4.2.3 修正的毛坯零件
• 4.3 有限元模型的建立
• 4.4 板料冲压成形仿真
• 4.4.1 有限元模型生成
• 4.4.2 接触和摩擦的定义
• 4.4.3 边界条件的处理
• 4.4.4 求解
• 4.5 板料冲压成形仿真结果分析
• 4.5.1 等效应变分布
• 4.5.2 等效应力分布
• 4.5.3 板料厚度变化
• 4.5.4 摩擦分析
• 4.5.5 凹模圆角分析
• 4.5.6 凸模圆角分析
• 4.5.7 转角分析
• 4.6 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢