基于变弹性模量的Ti-6Al-4V板材五点弯曲回弹预测

Ti-6Al-4V钛合金材料在弯曲成形过程中会产生较大的回弹,其弹性模量对回弹影响较大,但以往研究均未考虑材料塑性应变变化过程中弹性模量的变化。以Ti-6Al-4V钛合金为对象,进行了材料的单轴拉伸实验和循环加载卸载实验,以揭示材料各向异性参数及材料弹性模量随塑性应变变化的规律,在此基础上建立了Ti-6Al-4V钛合金变弹性模量数学模型。基于YLD2000-2D屈服准则及变弹性模量和Mises各向同性两种不同的本构模型,对常温下Ti-6Al-4V钛合金板材的五点弯曲过程进行了数值模拟,为了验证数值模拟结果,进行了常温下Ti-6Al-4V板材的五点弯曲实验,结果显示,前者显著提高了Ti-6Al-4V钛合金弯曲回弹预测精度,预测精度相比后者提高了31.18%。     

拼焊板V形自由弯曲精确回弹控制技术研究

在平截面和平面弯曲等假设条件下,建立拼焊板V形可适于小曲率自由弯曲回弹的解析预测模型,所建立的回弹预测模型将成形过程分段研究,即区分为贴模阶段和未贴模阶段。分别根据贴模态和未贴模态拼焊板弯矩分布特点,构建两种状态下的曲率分布方程。在自由弯曲卸载分析阶段,引入两母板间相互作用的弯矩,同时考虑弹性模量随塑性变形变化的影响,基于单一母板求解拼焊板母板回弹后的弯曲角。基于2D单应矩阵变换法实现拼焊板回弹后端面弯曲角的在线测量。针对板料中材料参数的波动性问题,基于正交表构建最佳行程预测的神经网络模型的训练样本。根据软硬件接口基于LabVIEW软件平台开发可在线学习的拼焊板V形自由弯曲回弹控制系统软件。设定目标回弹后弯曲角分别为140°和100°时,跟踪在线成形试验结果,成形第5周期最大点误差可分别达到1.42%和2.01%。     

板材弯曲回弹的多参数随机特性研究

研究板材材料及几何参数对板材卸载后弯曲半径和回弹角的影响。建立了基于双线性硬化材料模型的板材弯曲的理论力学模型,并建立了包含屈服应力、刚性模量、弯曲半径、弯曲角的随机性的板材弯曲回弹的概率分析的理论模型,此外,基于蒙特卡罗扩展法建立了其显式—隐式的概率有限元模型,得到了弹性模量、泊松比、弯曲角度等参数对板材卸载后弯曲半径和回弹角的影响规律,回弹角对弹性模量最敏感,卸载后板料的弯曲半径对原弯曲半径最敏感,应用该方法为板材弯曲回弹分析提供了方法和依据。     

基于非线性弹性卸载的L形弯曲成形回弹研究

为提高板料成形数值模拟回弹预测的精度,将弹性模量随塑性变形的改变引入到数值模拟回弹分析中。通过静力拉伸实验,研究了AA2024-T3铝合金板料的塑性变形对弹性模量的影响,给出了弹性模量与等效塑性应变之间的数学关系。建立了基于Holloman型等向强化和von.Mises屈服的非线性弹塑性本构模型,并利用ABAQUS/Standard的用户自定义接口UMAT实现了该弹塑性本构模型。设计了L形弯曲实验装置,利用基于非线性弹性的本构模型,对实验过程进行了数值模拟,实验与模拟结果的对比表明,在数值模拟中考虑了弹性模量的非线性能够提高回弹预测精度。     

铝型材多点三维拉压复合弯曲成形工艺

轻量化薄壁型材三维弯曲结构件是高端装备制造业中一种难成形加工的关键零部件。针对此类制件的高精度、低成本的成形需求,提出一种拉弯-压弯相结合的铝合金型材三维弯曲成形工艺,设计多点联动的拉压复合成形单元体结构,通过水平方向由夹钳带动拉弯,垂直方向由各单元体上液压执行机构压弯,实现"W"形三维弯曲零件的成形,并研制成形装备样机。建立分析成形过程及回弹预测的数值仿真模型,通过试验对模型的有效性进行验证,仿真结果与试验结果回弹变形一致,回弹预测最大误差小于15%。此外,研究拉力对矩形截面型材拉压复合成形件回弹变形的影响规律,预拉伸力较补拉伸力对成形件的回弹减小趋势更为明显,当预拉伸力从零达到临界塑性应力Aσ_s时,总回弹减少了26.81%,为保证成形件不发生截面畸变和破裂等成形缺陷,确定了预拉伸力为Aσ_s、补拉伸力为0.3Aσ_s的最优工艺参数。所提出的多点三维拉压复合弯曲成形工艺解决了W形一类型材传统三维拉弯无法实现的多向曲率半径复杂弯曲成形的技术难题,为实现镜面对称结构件的成对一次成形提供了一种新方法。     

铝合金板材冲压成形回弹有限元模拟研究

板料卸载后回弹变形对钣金件的成形精度影响很大。基于Numisheet1993的U形弯曲标准考题,考虑板材与模具间的接触演变过程,建立了一个有限元模型来预测铝合金板材弯曲过程的回弹。模拟中板材本构方程基于更新拉格朗日弹塑性材料模型,压边力采用凸缘边界的等效力表示,卸载过程采用模具反向运动方法。对有限元敏感度分析发现,回弹大小和整体精度受到元素大小、积分点和屈服准则的很大影响。有限元模型通过Numisheet1993和2005的考题进行验证,发现精度达90%以上。通过有限元分析得到了一个优化的模型,提供了一个更加精确的方法,该方法还可减少计算时间。     

超高强钢多道次辊弯成形回弹规律研究

超高强钢由于材料强度高、塑性较差等特点,成形难度也比普通钢更大,易发生回弹,是影响辊弯成形精度的重要原因。采用试验及有限元模拟的方法,对回弹规律及产生机理进行研究。设计三组道次数不同的辊弯成形试验,从成形角度、道次数、弯角增量等方面阐明回弹角度的变化规律。建立超高强钢辊弯成形的有限元仿真模型,分析V型件的成形特性,重点分析总应变、塑性应变和弹性应变在板材横向的分布,阐述辊弯成形回弹角度变化规律的产生机理。结果表明,对于单道次辊弯成形,随成形角度增大,回弹角度呈先增大后减小的变化趋势,弹性应变峰值的变化是回弹角度发生改变的主要原因;对于多道次辊弯成形,增多道次数有利于提高塑性变形量的积累、减小弹性应变峰值,这种多道次增量成形是辊弯成形所特有的工艺特性;增大弯角增量使板材弯角处厚度减薄,促进角部材料流动,有效减小了回弹量。对超高强钢多道次辊弯成形回弹规律进行了系统的阐述和研究,为减小回弹、提高成形精度提供了理论依据。     

基于有限元法的数控弯管成形及回弹研究

基于有限元分析软件ABAQUS,参照轨道车辆用不锈钢管材和数控弯管机,建立了有效的不锈钢管材弯曲成形及回弹有限元仿真模型,研究了弯管在弯曲成形过程中应力分布和管材的弹塑性变形,同时分析了不同弯曲角度下弯管回弹的情况,建立回弹角度与弯曲角度的定量关系。结果表明,在弯管成形过程中,最大mises应力随弯曲角度的增大而增大,但当卸载后在折弯区的残余应力分布与折弯角度成线性关系,此外管材在弯曲后回弹角随着弯曲角度的增大而增大,且呈现出明显的线性关系。     

基于包辛格效应的回弹仿真分析

金属材料在一个方向上的应变硬化降低了反方向的屈服强度,材料包辛格效应的存在对车身成形仿真精度产生了重要影响,尤其现今高强钢和铝合金的大量应用,使车身成形件的回弹问题日益突出,车身模具制造对有限元回弹预测的准确性提出更高的要求。为了提高回弹的仿真精度有必要对材料的包辛格效应进行研究,利用一套夹具对DC06和DP600两种材料的薄板进行拉伸压缩试验,获得不同预应变下的位移加载曲线,通过拉伸压缩试验结果与仿真结果的对比分析,得到能反映材料包辛格效应的非线性混合硬化模型材料参数。开展U形件成形试验,并建立试验的仿真模型,计算DC06和DP600薄板的U形件成形回弹量,分析等向强化、混合强化和随动强化本构模型对回弹预测精度的影响,针对回弹仿真结果和试验结果的差别,对影响仿真精度的材料模型因素进行分析。结果表明,DC06和DP600的包辛格效应大小存在差别,考虑包辛格效应有助于回弹仿真精度的提高,但小曲率弯曲成形回弹计算对材料本构模型的敏感性,限制了回弹仿真精度的提高。     

高强钢拼焊板V形模压弯曲回弹数值预测

基于ABAQUS有限元软件的UMAT和VUMAT接口,利用径向回退映射算法开发变模量的各向同性强化、线性随动强化和非线性随动强化的本构模型,耦合Aitken算法提高了非线性随动强化模型的收敛速度。利用耦合变模量的三种强化准则的模型,基于显式计算成形隐式计算回弹算法,在不同模压力和不同凸模圆角半径下对高强钢拼焊板V形模具弯曲的回弹进行预测,通过试验验证耦合应力相关变模量的非线性随动强化模型的回弹预测精度较高,最大预测误差为2.2%。应用此模型在不同凸模圆角半径和不同模压力下对高强钢拼焊板V形模具弯曲回弹后模量场和卸载后弯曲角进行预测与分析,拼焊板厚侧母板模量变化区较薄侧母板变化区域大,并在凸模圆角与直边过渡段上方出现反弯区。卸载后弯曲角随凸模圆角半径增大而增大,随着模压力的增大而减小。验证通过施加不同模压力可提高高强钢拼焊板V形模具弯曲工艺柔性的正确性,为进一步研究高强钢拼焊板V形模具弯曲自适应成形奠定基础。     

On constitutive modeling for springback analysis

The springback phenomenon that occurs in thin metal sheets after forming is mainly a stress driven problem, and the magnitude is roughly proportional to the ratio between residual stresses and Young's modulus. An accurate prediction of residual stresses puts, in turn, high demands on the material modeling during the forming simulation.A phenomenological plasticity model is made up of several ingredients, such as a yield condition, a plastic hardening curve, a hardening law, and a model for the degradation of elastic stiffness due to plastic straining.The authors of this paper have recently, [1], showed the importance of a correct modeling of a cyclic stress-strain behavior via a phenomenological hardening law, in order to obtain an accurate stress prediction. The main purposes of the present study are to study the influence of two other constitutive ingredients: the yield criterion and the material behavior during unloading. Three different yield criteria of different complexity are evaluated in the present investigation: the Hill’48 criterion, the Barlat-Lian Yld89 criterion, and the 8-parameter criterion by Banabic/Aretz/Barlat.The material behavior during unloading is evaluated by loading/unloading tension tests, where the material is unloaded/reloaded at specified plastic strain levels. The slope of the unloading curve is measured and a relation between the “unloading modulus” and the plastic stain is established.In the current study, results for four different materials are accounted for. The springback of a simple U-bend is calculated for all the materials in the rolling-, transverse- and diagonal directions. From the results of these simulations, some conclusions regarding constitutive modeling for springback simulations are drawn.     

板材成形回弹数值分析的静力隐式方法

给出了板材成形加载过程，卸载过程数值模拟的静力隐式有限元方法，通过平衡迭代求解有限元方程，并采用隐式算法进行应力积分及接触压力计算，这种方法应力计算准确，因而回弹计算结果具有较高的精度，数值计算表明，纯弹性板大变形卸载后能够完全恢复到原始形状，说明该方法对几何非线性问题的分析是非常准确的，最后对板材柱面、球面成形的回弹进行了分析。     

考虑接触演变的板材回弹过程建模与优化

回弹是由工件在卸载后的弹性变形引起的。板料成形过程中为了控制成形件的最终形状,必须进行回弹设计优化。准确预测回弹对于板料成形过程的模具设计非常重要。降低回弹模拟结果与试验结果的偏差是设计过程中的难题。基于NUMISHEET’02的自由弯曲标准考题考虑板材与模具间的接触演变过程,建立了一个有限元模型来预测回弹。采用一个常规的优化方法对有限元分析中的材料和单元模型进行了分析,研究发现不同模型对回弹结果有较大影响。模拟结果与参考文献中的试验结果比较表明了模型的正确性和可行性。     

A new model for springback prediction in which the Bauschinger effect is considered

Springback prediction is an important issue for the sheet metal forming industry. Most sheet metal elements undergo a complicated cyclical deformation history during the forming process. For an accurate prediction of springback, the Bauschinger effect must be considered to determine accurately the internal stress distribution within the sheet metal after deformation. Based on the foundations for isotropic hardening and kinematic hardening, Mroz multiple surface model, plane strain assumptions, and experimental observations, a new incremental method and hardening model is proposed in this paper. This new model compares well with the experimental results for aluminum sheet metal undergoing multiple-bending processes. As is well known, aluminum is one of the most difficult sheet metals to simulate. The new hardening model proposed in this paper is not only a generic model for springback prediction but also a hardening model for sheet metal forming process simulation.     

Modelling of kinetic friction in V-bending of ultra-high-strength steel sheets

The Stribeck friction model was investigated in this study to predict springback of high-strength steel sheets. The coefficient of friction in Stribeck curve depends on sliding velocity and contact pressure. The plane-strain bending process is simulated in ABAQUS/Standard. The influence of forming speed, over-pressing and holding time on springback behaviour of sheets was studied numerically. By plotting the variation of bending angle with punch stroke, we found that the loading curve of finite element analysis showed similar results to the experiments. The unloading curves of FE analysis with friction models based on Stribeck curve and Coulomb law showed good agreement with experiments with error less than 1.5%. Forming speed of up to 50 mm/s does not have significant effect on springback. The effect of holding time on reducing springback is small, but over-press has large effect on reducing springback. The results showed that Stribeck model is suitable for sheet metal forming simulations, especially at higher forming speeds and pressures.     

Springback prediction of high-strength sheet metal under air bending forming and tool design based on GA�CBPNN

Based on orthogonal test for air bending of high-strength steel sheets, 125 values of sheet thickness (t), tool gap (c), punch radius (r), ratio of yield strength to Young??s modulus (?? _y /E), and punch displacement (e) are used to model the springback for air bending of high-strength sheet metal using the genetic algorithm (GA) and back propagation neural network (BPNN) approach, where the positive model and reverse model of springback prediction are established, respectively, with GA and BPNN. Adopting the ??object-positive model?Creverse model?? learning method, air bending springback law is studied with positive model and punch radius is predicted by reverse model. Manifested by the experiment for air bending forming of a workpiece used as crane boom, the prediction method proposed yields satisfactory effect in sheet metal air bending forming and punch design.     

21-6-9高强不锈钢管数控弯曲回弹的理论计算及有限元分析

为了研究几何参数和材料参数对回弹的影响,基于弹塑性理论推导了最终弯曲半径和回弹角度的近似计算公式,结合有限元模拟,分析几何参数和材料参数对21-6-9高强不锈钢管材数控弯曲回弹规律的影响,并对理论解析、有限元模拟和试验结果进行对比。结果表明：最终弯曲半径随着弯曲半径、强度系数的增大或弹性模量、硬化指数的减小而增大,且与弯曲角度无关;回弹角度随着弯曲角度、相对弯曲半径、强度系数的增大或弹性模量、硬化指数的减小而增大;有限元模拟结果和试验结果吻合良好,能够较精确地预测回弹;理论解析与试验结果对比误差较大,但能够反映回弹角的变化趋势。     

基于有限元分析的二轴柔性滚弯过程影响因素的研究

利用弹性介质对钣金件进行二轴柔性滚弯成形是一种先进的钣金制造工艺,将弹性介质(聚氨酯橡胶)的冲压优势和传统滚弯原理结合,成为钣金成形领域的一个新的发展方向。本文利用有限元软件MARC建立二轴柔性滚弯过程的有限元分析模型,成功的模拟了板料滚弯成形及回弹的加工过程,对工件滚弯成形过程的主要影响因素进行了分析,给出了压入深度、柔性层厚度、刚性滚轴半径、材料性能与回弹后曲率半径的关系。分析结果表明,有限元模拟对滚弯过程的工艺参数选取有着一定的指导意义。     

NUMERICAL SIMULATION FOR LASER BENDING OF SHEET METAL

０ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＬａｓｅｒｂｅｎｄｉｎｇｏｆｓｈｅｅｔｍｅｔａｌｉｓａｎｅｗｆｌｅｘｉｂｌｅｆｏｒｍｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｒｅｃｅｎｔｙｅａｒｓ,ｗｈｉｃｈｄｅｐｅｎｄｓｏｎｏｎｌｙｎｏｎｕｎｉｆｏｒｍｈｅａｔｉｎｇｂｕｔｎｏｔ...