薄壁件冲压成形仿真与分析

论文摘要

薄壁冲压件大量应用于汽车、航空、航天等领域。薄壁件的成形过程是包括几何非线性、材料非线性、边界条件非线性等问题的复杂弹塑性大变形力学过程,使用经验公式设计模具往往达不到理想的质量,尤其对于日趋精密的产品。因此目前科研机构和企业在薄壁件冲压模具设计和工艺制定之前越来越多地使用了计算机仿真,计算机仿真能有效缩短产品开发周期,有效预测成形过程的质量问题。本文正是以此为目的,取某航空发动机上一圆形拉深薄壁件为研究对象,对该薄壁件冲压成形过程进行了计算机仿真和分析。本文主要是从以下三方面进行了研究：(1)弹塑性理论在薄壁件冲压成形仿真中的应用,薄壁件冲压成形仿真中自适应网格划分、单元类型、接触类型等关键技术的研究,讨论了仿真结果。(2)利用正交试验方法对薄壁件冲压成形计算机仿真中三个主要的成形工艺参数：凸模速度、压边力、摩擦系数分别取三水平进行了组合试验,采用方差分析法对成形工艺参数进行了优化,得出三个影响成形质量主要因素对成形质量影响的显著度,预测了这三个主要因素影响成形质量的趋势。(3)基于目前对薄壁冲压件轻量化的需求,根据铝合金板材和钢板在力学性能和机械性能方面的差异,讨论两者在计算机仿真过程中成形参数的不同,对成形参数进行较大幅度的修改而获得了良好的成形质量。提出在同类型薄壁件冲压成形中用铝合金板材替代钢板具有可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 薄壁件成形数值模拟的发展
• 1.3 国内外研究和应用现状
• 1.4 目前研究存在的问题
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 薄壁件成形有限元理论
• 2.1 引言
• 2.2 薄壁件冲压成形过程力分析
• 2.3 弹塑性有限元方法
• 2.3.1 屈服准则
• 2.3.2 大变形增量问题的T.L.和U.L.方法
• 2.3.3 冲压成形的板壳理论
• 2.3.4 大变形弹塑性本构方程
• 2.4 动力显示分析方法
• 2.4.1 冲压成形的动力显式有限元方程与中心差分算法
• 2.4.3 接触和摩擦的处理
• 2.4.4 沙漏能控制
• 2.5 本章小结
• 第3章 薄壁件成形数值模拟的关键技术
• 3.1 引言
• 3.2 薄壁件成形数值模拟的关键技术
• 3.2.1 单元模型
• 3.2.2 材料模型
• 3.2.3 接触模型
• 3.2.4 网格的划分
• 3.2.5 自适应网格划分
• 3.2.6 边界条件的处理
• 3.3 仿真结果分析
• 3.3.1 等效应变的分布
• 3.3.2 等效应力的分布
• 3.3.3 板料厚度变化
• 3.3.4 成形极限图
• 3.3.5 能量问题
• 3.4 本章小结
• 第4章 成形工艺参数的优化
• 4.1 引言
• 4.2 正交试验的设计和模拟结果的分析
• 4.2.1 评价指标和试验拟解决的问题
• 4.2.2 正交表
• 4.2.3 正交表的选用原则
• 4.2.4 本试验三个因素各自水平的选择
• 4.2.5 正交试验表的选取和试验结果
• 4.3 使用渐增渐减压边力对成形过程模拟
• 4.4 本章小结
• 第5章 替代材料成形参数研究
• 5.1 材料的力学性能和机械性能对成形的影响
• 5.2 铝合金取代钢板的关键技术研究
• 5.2.1 屈服准则
• 5.2.2 材料参数
• 5.3 仿真结果
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢