板料成形数值模拟有限元求解策略

正确选择板料成形数值模拟有限元方程的时间积分方法是成形模拟成功与否的关键技术之一。本文阐述了板料成形数值模拟有限元求解方法的三种格式，即静力隐式算法、动力显式算法和静力显式算法，并对这三种求解格式进行了论述和比较。在此基础上，探讨了在板料成形模拟中如何选择有限元算法进行可靠、高效的有限元分析。     

动力显式算法在汽车覆盖件成形过程有限元模拟中的应用

论述了汽车覆盖件成形过程有限元模拟的动力显式算法．详细分析了动力显式算法中虚功方程的空间域有限元离散方法和有限元方程的时间域中心差分离散方法．分别采用LS-DYNA3D和ABAQUS对江铃五十铃汽车有限公司J116车门和匹卡车第一横梁进行了显式算法的有限元数值模拟．算例表明：动力显式算法可以获得比较满意的结果。     

活塞环用钢6Cr13Mo异型截面轧制的显式动力学有限元分析

对活塞环用钢6Cr13Mo的成型过程建立了数学模型,并采用大型通用显式动力有限元分析软件AN SYS/LS_DYNA模拟了异型截面轧制的整个过程,所计算的变形情况与实际变形相符,证明显式动力有限元分析方法可有效地应用于活塞环用型钢的轧制分析.     

拼焊板多点成形过程的数值模拟

为探讨拼焊板多点成形工艺的可行性,采用显式有限元软件,针对球形件和斜壁盒形件进行了数值模拟。分析了拼焊板多点成形过程中出现的压痕和起皱现象及其抑制方法,探讨了焊缝偏移的影响因素。结果表明:采用弹性垫和阶梯式压边圈可以有效地解决拼焊板多点成形过程中出现的压痕和起皱问题,使成形件表面光滑。成形过程中,焊缝初始位置距离板料中心越远、板料厚度相差越大、板料变形量越大,焊缝偏移量就越大。     

拼焊板多点成形过程的数值模拟

为探讨拼焊板多点成形工艺的可行性,采用显式有限元软件,针对球形件和斜壁盒形件进行了数值模拟。分析了拼焊板多点成形过程中出现的压痕和起皱现象及其抑制方法,探讨了焊缝偏移的影响因素。结果表明：采用弹性垫和阶梯式压边圈可以有效地解决拼焊板多点成形过程中出现的压痕和起皱问题,使成形件表面光滑。成形过程中,焊缝初始位置距离板料中心越远、板料厚度相差越大、板料变形量越大,焊缝偏移量就越大。     

薄板多点成形时不同的工艺方式对起皱的影响

采用有限元数值模拟手段针对多点成形过程中产生的起皱现象以及消除皱纹的措施进行了探讨.对比了多点模具成形和多点压机成形两种不同工艺,分析了不同的成形工艺条件对起皱的影响.用显式动力学软件对0.1 mm与0.5 mm厚度的马鞍型曲面件进行了数值模拟,结果表明,在多点模具成形方式下,采用无压边成形,使用弹性垫,成形0.5 mm厚度的板料时,曲率半径为100 mm的成形件起皱剧烈;但在相同条件下,用多点压机成形工艺的成形件结果良好,甚至成形厚度为0.1 mm的板料也没有起皱.表明多点压机成形方式比多点模具成形方式成形效果好,缺陷少,并且有利于板材的流动,能够得到更大的变形量.     

虚拟动能对薄板回弹精度的影响

针对板料成形回弹精度问题的数值模拟,从理论上分析了凸模虚拟速度和板料虚拟密度对薄板变形能的影响.以Num isheet’2002无约束柱面弯曲回弹考题为例,采用显/隐式算法模拟了不同虚拟速度和板料虚拟密度条件下的变形过程.与实验结果的对比表明,随着虚拟速度和虚拟密度的增加,板料虚拟动能增加而变形能减少,使回弹计算精度降低.为保证回弹计算精度,应通过调整虚拟速度和虚拟质量,使虚拟动能控制在变形能的7%以内.     

具有防皱功能的多点成形工艺数值模拟

介绍了一种无需压边圈的防皱多点成形方法,与目前常用的多点模具成形方法不同,在防皱多点成形方法中防皱单元与调形单元交错排列,离散的防皱单元在成形区内对板料进行挟持,且能够随板料的变形上下浮动。运用有限元方法对球形曲面在防皱多点成形方式中的成形过程进行了数值模拟,分析了板厚、防皱单元的压力对最大成形曲率的影响,并与多点模具成形进行了对比。研究发现,防皱多点成形方法能够很好地抑制板料在成形过程中的起皱现象。球形曲面采用防皱多点成形方式时能够获得明显大的变形量。板料越薄,防皱多点成形方法所能获得的效果越显著。增大防皱单元的压力能够提高防皱多点成形的防皱能力。     

板材多点成形过程中成形力的数值模拟

基于动力显式有限元格式,给出了多点成形中成形力的计算公式。对不同材料、不同厚度的圆柱面、球面及马鞍面三种典型形状的成形力进行了数值模拟,分析了成形力的变化过程及影响因素。结果表明:在成形过程中,随着基本体与板料接触数目的增多,成形力会越来越大。厚板成形、硬质材料成形时都将需要较大的成形力。由于变形的复杂性,成形双向曲率的目标面时所需的成形力明显高于单向曲率。这些结果对于选择多点成形设备、更好地控制板材多点成形过程以减少成形缺陷具有重要的指导作用。     

一种基于有限元仿真的板料成形极限预测方法

从成形极限图试验中观察得到了板料发生缩颈的2条判断准则：1.板料发生缩颈时凸模与板料接触力出现峰值；2.缩颈区域应变路径向平面应变状态发生突变.在有限元仿真软件中建立成形极限图试验的模型，对不同尺寸的试件进行仿真，根据以上2种准则可以得到在不同应变状态下的缩颈应变成形极限和应力成形极限.在二维坐标系里标出得到的极限点并连成曲线，即为用有限元仿真方法得到的板料应变成形极限图（Forming Limits Diagram,FLD）和应力成形极限图（Forming Limit Stress Diagram,FLSD）.通过与理论计算方法和试验方法得到的结果对比发现用该方法得到的FLD以及FLSD比理论推导出的更接近试验得到的数据     

薄板成形数值模拟的一种有效单元模型

将离散Ｋｉｒｃｈｈｏｆ理论（ＤＫＴ）平板弯曲单元和薄膜单元的组合模型引入到弹塑性有限变形的虚功率增率型原理中。采用Ｈｉｌ（１９７９）厚向各向异性屈服函数，模拟了韧性金属板材液压胀形过程的分叉失稳以及后继变形局部化的演化过程。与实验结果比较表明所建立的薄板成形有限元模型是有效的     

Meshfree Method Numerical Simulation of Sheet Metal Forming Process

Metal forming plays an important role in manufacturing industry and is widely applied in industries. The traditional finite element method (FEM) numerical simulation is commonly used to predict metal forming process. Conventional finite element analysis of metal forming processes often breaks down due to severe mesh distortion, therefore time-consuming remeshing is necessary. Meshfree methods have been developed since 1977 and can avoid this problem. This new generation of computational methods reduces time-consuming model generation and refinement effort, and its shape function has higher order connectivity than FEM's. In this paper the velocity shape functions are developed from a reproducing kernel approximation that satisfies consistency conditions and is used to analyze metal tension rigid viscoplastic deforming and Magnesium Alloy (MB15) sheet superplastic tension forming. A meshfree method metal forming modeling program is set up, the partition of unity method is used to compute the integrations in weak form equations and penalty method is used to impose the essential boundary condition exactly. Metal forming examples, such as sheet metal superplastic tension forming and metal rigid viscoplastic tension forming, are analyzed to demonstrate the performance of meshfree method.     

Meshfree Method Numerical Simulation of Sheet Metal Forming Process

Metal forming plays an important role in manufacturing industry and is widely applied in industries.The tradi- tional finite element method(FEM)numerical simulation is commonly used to predict metal forming process.Conventional finite element analysis of metal forming processes often breaks down due to severe mesh distortion,therefore time-consuming remeshing is necessary.Meshfree methods have been developed since 1977 and can avoid this problem.This new generation of computational methods reduces time-consuming model generation and refinement effort,and its shape function has higher order connectivity than FEM's.In this paper the velocity shape functions are developed from a reproducing kernel approximation that satisfies consistency conditions and is used to analyze metal tension rigid viscoplastic deforming and Magnesium Alloy(MB 15)sheet superplastic ten- sion forming.A meshfree method metal forming modeling program is set up,the partition of unity method is used to compute the integrations in weak form equations and penalty method is used to impose the essential boundary condition exactly.Metal forming examples,such as sheet metal superplastic tension forming and metal rigid viscoplastic tension forming,are analyzed to demon- strate the performance of mesh free method.     

板料成形过程有限元模拟中的接触处理

对板料成形过程进行有限元模拟时，为了取得可靠的计算结果，需要准确地描述模具与板料之间的动态接触状态．在全面分析成形中板料与模具接触边界动态变化的基础上，结合ABAQUS有限元分析软件给出了模型的几何描述、接触算法选择及应用VFRIC用户子程序进行接触摩擦模型的建立等具体方法．通过具体实例，证明了这些方法应用于板料成形过程的接触分析的可行性．     

基于有限元数值模拟的板料成型接触分析

根据板料成型过程中模具的运动特点和它与板料的相互关系，建立了接触问题的虚功方程和接触单元技术，并对板料成型数值模拟中的接触点模型、接触边界模型、接触力计算模型和摩擦模型等问题进行了详细分析．最后用一个实例进行了验证。     

钣金V形折弯回弹影响因素的有限元分析

在钣金V形折弯成形过程中,回弹对成形精度的影响很大,为此,针对板材的成形和弹复过程进行有限元仿真试验,分析材料性能参数（弹性模量,硬化指数）、板料厚度、模具几何参数（下模具开口宽度,上模具圆角半径）和润滑条件对折弯回弹的影响.仿真结果表明：回弹随弹性模量、硬化指数和板料厚度的增大而显著减小,随下模具开口宽度的增大而增大;上模具圆角半径和润滑条件对折弯回弹的影响较小,回弹随上模具圆角半径与摩擦系数的增大而缓慢减小.研究揭示了影响回弹的主要规律,为提高V形折弯成形精度提供了可靠的依据.     

基于三角形膜单元的钣金成形有限元逆算法

以三角形膜单元为基础，推导了精度较高的有限元逆算法．算法中考虑了摩擦、压边力、拉延筋等实际工艺条件，并实现了计算机程序．利用此程序可以计算出与冲压件相对应的毛坯的展开形状，冲压件最终的应力、应变分布和厚度变化率等信息．以锥形盆为例，验证了根据有限元逆算法设计的毛料展开程序在毛料展开中的有效性和精确性．实例分析表明在工程允许精度范围内，有限元逆算法可对板料成形工艺方案进行快速评价，优化冲压工艺参数，是一种有效的钣金展开算法．     

基于三角形膜单元的钣金成形有限元逆算法

以三角形膜单元为基础,推导了精度较高的有限元逆算法.算法中考虑了摩擦、压边力、拉延筋等实际工艺条件,并实现了计算机程序.利用此程序可以计算出与冲压件相对应的毛坯的展开形状,冲压件最终的应力、应变分布和厚度变化率等信息.本文以锥形盆为例,验证了根据有限元逆算法设计的毛料展开程序在毛料展开中的有效性和精确性.实例分析表明在工程允许精度范围内,有限元逆算法可对板料成形工艺方案进行快速评价,优化冲压工艺参数,是一种有效的钣金展开算法.     

平面应变Mindlin曲线单元有限元方程及其在截面分析中的应用

采用具有弯曲效应的Mindlin曲线单元 ,推导了平面应变条件下的弹塑性U .L .有限元列式 ,应用此式进行了板料冲压成形过程中的截面分析 ,对两种标准测试考题进行了计算 ,并与有关实验进行了对比 ,取得了满意的结果。     

带横向外凸筋多楔轮旋压成形规律及工艺研究

为解决带较高横向外凸筋的多楔轮需整体成形三凸筋且凸筋部位难成形的问题,采用多道次旋压成形工艺方案并采用基于SIMUFACT的有限元模拟和实验相结合的方法对其成形过程进行研究.基于旋压成形工艺理论分析,建立了旋压成形有限元模型.模拟分析了圆形板坯成形过程中应力、应变场分布,分析了第1至4道次旋压成形过程中材料塑性流动规律.总结了不同旋压设备工艺参数下零件成形效果,分析表明不同旋轮进给速度与摩擦系数对多楔轮凸筋充填效果和成形载荷存在较大影响.并以旋轮进给速度、摩擦系数、芯模转速为自变量,建立3因素3水平正交试验,获得每种工艺方案下最大成形载荷、凸筋充填程度数据.结合灰色理论对带横向外凸筋多楔轮旋压成形工艺参数进行了优化,证明了在较小的旋轮进给速度与摩擦系数下能够保证凸筋的充填质量和零件整体的成形效果,在CDC-S100E/R4旋压机上进行了试验,成功将初始板坯由3.0 mm整体增厚到3.4 mm,凸筋部位增厚到6.9 mm,验证了该成形方案与灰色系统理论优化的可行性.