耦合温度和应变率的铝合金板成形极限预测方法

为了提高铝合金板成形能力,一些先进成形工艺已经被开发。温成形是实现铝合金高成形能力和高成形精度的一种有效方法。温度和成形速度是影响铝合金板温成形工艺的重要参数,对其成形性能影响十分显著。提出一种综合考虑温度和应变率影响的铝合金板成形极限预测方法。采用响应面法建立铝合金板应变硬化指数n、应变率敏感度指数m与成形温度、应变率条件之间的力学性能函数关系;基于M-K理论,并结合Logan-Hosford屈服函数,推导出耦合温度和应变率的铝合金板成形极限图计算模型。模型检验表明力学性能响应面方程具有较高精度。成形极限的计算结果与已有的试验值对比表明,二者吻合较好,这证实耦合温度和应变率的铝板成形极限预测方法是正确和可靠的。     

曲面零件冲压成型极限判据

通过理论分析及实验，阐明了曲面零件成型极限的意义，提出了成型极限危险点－起皱关键点及破裂关键点的概念，给出了起皱极限及破裂极限判据表达式，并得到了实验验证。     

板料冲压成形破坏判断准则的研究进展

分析板料冲压成形中有无明显集中缩颈的韧性破裂、剪切破裂判断准则的研究现状。比较成形极限图以及韧性破裂准则在判断板料破坏中各自的优缺点。针对当前有限元分析软件中的破坏准则用于判断板料局部小特征弯曲强化的成形极限或是先进高强钢板在缩颈前产生剪切破裂等问题所存在的局限性,综述上述特殊问题的研究进展。提出建立沿横、纵两个方向拉伸弯曲下的极限判据对于预测板料局部小特征弯曲的成形极限将更有普遍意义。同时有必要进一步研究先进高强钢板成形的剪切破裂机理,并建立可以有效预测先进高强钢板剪切破裂的有限元模拟失效判据。研究板料成形的上述破坏问题及其判断准则,对于丰富与发展塑性成形理论和指导实际生产具有重要的理论意义和工程应用价值。     

数值模拟中应用最小厚度准则预测板料成形极限

在数值模拟中应用最小厚度作为成形极限判据,研究最小厚度值与应变路径的关系。如果对从单向拉伸到双向等拉之间的各种近似线性应变路径均应用相同最小厚度值作为判据,那么得到的极限应变点呈近似线性分布。对实验数据点与计算点的相对位置关系进行分析,发现两者之间的比值存在着近似指数函数的关系。对拉-压区和拉-拉区分别采用两段指数函数对最小厚度值进行修正,使其成为与应变路径相关的变量。采用修正后的最小厚度准则作为数值模拟中极限应变的判据,对ST14钢等三种材料成形极限的预测取得了较好的结果。     

基于成形应力极限的管材液压成形缺陷预测

基于塑性应力应变关系及Hill79屈服准则,推导出极限应力与极限应变间转化关系,进而建立2008T4铝合金的成形应力极限图(Forming limit stress diagram,FLSD)。采用LS-DYNA软件对三通管液压胀形过程进行模拟,应用FLSD预测胀形过程中破裂的发生及成形压力极限,并与传统成形极限图(Forming limit diagram,FLD)结果进行了对比。研究表明,FLD与FLSD预测结果中破裂缺陷位置相同,但极限内压力值存在很大差别,而FLSD预测结果与物理试验结果较吻合。考虑到FLD受应变路径影响显著的因素,将FLSD作为管材液压成形等复杂应变路径下的成形极限的判据更加方便可靠。     

基于厚度梯度准则的薄板成形极限图建立方法

介绍一种预测薄板成形极限的新准则——厚度梯度准则,该准则基于薄板颈缩时沿垂直于颈缩方向的厚度梯度分布存在极值RC。在薄板成形过程中,当板面内的厚度梯度值小于临界厚度梯度值RC时,认为薄板发生颈缩。基于厚度梯度准则,结合对IF钢成形极限试验的有限元仿真,计算获得其成形极限图,计算结果与试验数据吻合较好。将厚度梯度准则与有限元方法相结合,可在已知薄板单拉性能参数的条件下计算获得其成形极限图。     

薄板成形计算机仿真中摩擦模型的研究进展

概括和总结了薄板冲压成形计算机仿真中摩擦模型的研究现状，指出了建立实际的摩擦模型应注意的一些问题，讨论了该领域有待解决的问题，指出了进一步的研究发展方向。     

虚拟凸模速度对冲压仿真结果的影响

通过对典型冲压件冲压过程中凸模速度参数对仿真结果的影响(包括对单元等效应力、厚向应变的影响)的分析,讨论了不同的参数值对仿真结果的影响,为在不同的仿真条件下合理选择这些参数提供了依据。     

金属板料冲压成形的数值模拟

本文采用有限元动力显式算法模拟金属板料冲压成形的加工过程。四结点蜕化壳单元和刚体壳单元分别用来建立权和模具的有限元模型;更新Ｌａｇｒａｎｇｅ法和速率型本构关系被用来处理板料变形中的大应变和大转动;材料模型采用塑性各向异性屈服与等向强化模型;通过主从面模型定义板料和模具的接触,接触算法采用运动约束法,摩擦力用库仓定律计算;并利用动力松弛法对回弹过程进行了计算。模拟结果和实际零件比较,证明模型合理,算法稳定,结果可靠,具有良好的应用价值。     

钣料成形过程动力分析中的惯性效应及对策

指出钣料成形过程中采用曲面压料面时,压边圈夹紧过程动力显式有限元分析存在惯性效应问题。提出“虚拟补实压边圈”方法克服惯性作用,高效实现曲面压边圈夹紧过程的动力工有限元模拟,拓展动力显式有限元方法在钣料成形数值模拟中的应用领域,对于连续快速地模拟曲面压边和拉延等多阶段钣料成形过程意义重大。     

板料成形快速仿真集成系统功能模型设计

介绍了将自动测量技术、离散点直接生成有限元网格技术 ,板料有限元数值模拟仿真技术等集成在一起 ,建立金属板料快速仿真集成系统 ,使用 IDEF0法建立了集成系统的功能模型 ,并说明了各模块的具体作用 ,为整个系统的建立奠定了基础。     

凸模直径以及试件形状对成形极限图的影响

成形极限图(FLD)反映了板料在各种应变路径下的应变极限,是综合衡量板料成形性能的一个重要指标。在用半球形凸模进行试验时发现,所用凸模直径和试件形状的不同对FLD有影响。采用两种不同直径的凸模和两组不同形状的试件进行了试验,获得了4种情况下的FLD,对比分析了凸模大小和试件形状对试验结果的影响。结果表明:采用直径较大的凸模得出的FLD低于采用小直径的凸模得到的FLD,试件形状对于FLD的左半部影响较大,中间带圆弧形的试件得出的FLD左半部低于中间部分平行的试件得到的FLD,试件形状对右半部FLD没有影响。     

The Influence of Bulk Plastic Flow on Lubricant Permeation from Micro Oil Pits in Metal Forming

An analysis of the oil permeation from micro oil pits under the influence of bulk plastic flow has been developed. A series of rolling experiments was conducted and the experimental results were analyzed. It is found that the bulk strain rate can reduce the resistance of asperity to permeation and change the surface finish significantly. The influence of strain rate on the nondimensional specific permeation flux, which is defined as the permeation flux per unit relative sliding velocity and width of oil pit, is also studied. The average nondimensional specific permeation flux increases rapidly with increasing strain rate. For small reduction where the interfacial pressure is small, it is easy for the lubricant to seep into the contact area. The nondimensional specific permeation flux is therefore higher for smaller reduction and is saturated when the strain rate becomes sufficiently high.     

板料成形中悬空区起皱过程的数值模拟

以逐级更新Ｌａｇｒａｎｇｅ描述的有限变形虚功原理为理论基础，采用Ｍｉｎｄｌｉｎ退化板壳单元，开发板料冲压成形起皱过程的有限元数值软件ＷＲＳＩＭ，模拟了３种典型悬空区起皱问题，所得结果与实验观察基本一致，该软件可与其他成形过程数值模拟软件一起用于模具ＣＡＥ，以使在模具设计冲压件件的可成形性。     

摩擦圆辊直径与摩擦包角对板成形摩擦系数测量的影响

基于Duncan方法设计了一种板料成形摩擦系数测试装置,用以考察摩擦圆辊的直径和摩擦包角对摩擦系数计算的影响。正交试验分析表明:随着摩擦圆辊直径和摩擦包角的增大,由板料弯曲和包角边界造成的摩擦系数计算干扰效应将逐级减小,进而计算摩擦系数也逐步减小,并且最终趋向真实摩擦系数。基于最终试验分析结果,得出包角在90°,圆辊直径在30 mm左右时,测得的摩擦系数可以忽略弯曲效应和包角边界效应,能反映真实摩擦状态,可以用于后续的金属板料成形有限元模拟。     

Experimental Investigation of Friction Effects Enhanced by Tool Geometry and Forming Method on Plane Strain Sheet Metal Forming

An experimental study on friction was conducted on aluminum and steel sheets for automotive applications. Cold-rolled mild and high strength steel, electrogalvanized steel and aluminum grades Al6111T4 and Al 2008T4 were tested under various levels of bending under tension, plain strain forming mode. The friction and forming severity of the tests were promoted through the use of a set of tools of decreasing radii sizes. The test methods includes flat platens, draw bead simulation, 90-degree bending under tension and tools with rectangular geometry. A systematic pattern of frictional behavior, common to all tests was observed. An initial spike, associated to static friction, was followed by a more stable plateau. The effects of the static friction on the forward flow were studied in function of parameters such as the testing method, the tool radii, the testing speed, etc. The results showed that the static friction may be increased by the forming method, and its effects on the forward flow varied significantly depending on the material and lubrication. Based on the results of this study, general forming practices for these materials were recommended.     

金属塑性成形的摩擦力学模型探讨

对金属板料在塑性变形过程中摩擦力的形成原因进行了分析,运用塑性成形理论和摩擦学原理建立了力学模型,并通过实验得出了当压力改变时摩擦力各分量的变化趋势。可以为数值模拟及工艺分析提供理论依据。     

基于连续介质损伤力学的7075铝合金高温成形极限理论预测与数值仿真

开展7075铝合金高温单向拉伸试验和成形极限试验,获得了不同温度和应变率的应力-应变曲线和成形极限曲线。结果表明,在较高的温度和应变率时7075铝合金的强度减小、成形性提高。为描述7075铝合金高温损伤演化过程,提出一种改进的连续介质损伤模型,并建立了耦合损伤的多轴统一黏塑性本构模型。基于试验结果,运用NSGAII遗传算法标定了模型中的参数,标定后的本构模型可以很好地预测7075铝合金的高温热力行为和极限应变。通过有限元软件Abaqus的用户材料子程序VUMAT,该本构模型被编入到Abaqus软件中进行数值仿真计算。结果表明,仿真获得的成形极限曲线和应变场分布与试验和理论结果吻合度好,进一步证明了所建立的耦合损伤的多轴本构模型的正确性及其在高温成形极限有限元仿真中的适用性。     

虚拟速度对板料成形数值模拟影响的实验研究

介绍了板料成形灵敏值模拟常用的动力显式算法 ,通过实验研究了虚拟速度这一影响板料成形灵敏值模拟的主要因素 ,得到了虚拟速度的合理取值范围     

基于代理模型的变复杂度方法在板料成形优化中的应用

板料成形优化中存在一些缺陷问题,如一步法与优化算法相结合时精度低、增量法与优化算法直接结合时效率低以及通过传统构造代理模型的方法构造高精度的代理模型时需要大量增量法模拟结果。为了充分发挥一步法和增量法各自的优点,提出采用变复杂度方法通过较少次数的试验样本点数据先在一步法和增量法间建立一个差值补偿响应面模型。通过一步法和差值补偿响应面模型构造新的试验样本点,在新构样本点和原有用增量法计算的样本点数据基础上建立移动最小二乘法代理模型,建立的移动最小二乘法代理模型精度和效率都较高。利用粒子群优化算法对移动最小二乘法代理模型进行优化求解。将该方法应用到了汽车某内板的成形性优化中,优化的结果显著地提高了板料的成形性。算例表明,该方法具有较高的精度和较强的工程实用性。