ABAQUS壳单元在有限元分析中的应用研究

利用ABAQUS对一受话器插脚采用不同的壳单元类型进行了有限元分析和比较，并用ANSYS软件的模拟结果进行检验。结果表明：完全积分线性单元S4是一个通用的有限薄膜应变壳单元，它适合于大多数问题的分析，它对单元变形不敏感，没有沙漏模式；减缩积分二次单元S8R5对于小应变薄膜弯曲问题的模拟能给出精确解。还详细讨论了在板壳数值模拟中壳单元的选取方法以及一次单元与二次单元过渡应采取的方法。     

改进型逆有限元法在某轿车翼子板快速成形模拟中的应用

为提高一步成形逆有限元法的模拟精度,将四节点等参膜单元应用于一步成形计算,并对空间四边形单元的四个节点可能不在同一平面引起的单元翘曲进行了修正,编写了计算机程序,对某轿车翼子板进行了实际模拟,通过一步模拟结果与增量法模拟结果和实验结果的对比,发现改进后的一步成形模拟结果与增量模拟结果已非常接近,而计算时间不到增量法的1/30,进而验证了本文方法的有效性。     

铝合金板滚压包边仿真分析建模关键技术

滚压包边是一种复杂的多工步单点连续加载工艺过程,在产品早期开发阶段就需要对滚压包边工艺进行可行性设计,依赖经验和试错的方法已无法满足滚压包边技术的要求。从单元模型、加载方法等方面深入研究滚压包边仿真分析建模关键技术,以指导产品和工艺设计。研究表明:采用最小尺寸为0.5 mm的壳单元,既能提高计算效率,也能保证数值模拟精度;考虑到计算的效率,数值模拟研究均采用了厚向7个积分点的4节点减积分壳单元S4R;可以采用摩擦系数为0的滚轮滑动模拟滚动;对零件轮廓尺寸变动量进行数值模拟时,可以不考虑翻边变形所产生的材料强化,模拟材料断裂时不能忽略翻边所产生的预应变。     

板料冲压成形中坯料优化设计方法研究

较为系统地介绍了冲压件坯料的优化设计方法，并比较分析了其各自的优缺点。相比于其他方法，一步模拟方法效率高、适应面广、功能较强，可以在产品的设计之初提供较为丰富的信息。因此，对其作了较为详细的论述。实例证明，一步模拟法可用于板料成形工艺方案的快速评价及参数优化。     

三步酸蚀去钴对金刚石薄膜附着力影响的研究

用热丝化学气相沉积(HFCVD)制备金刚石薄膜涂层之前,采用两步酸腐蚀和三步酸腐蚀对WC-Co硬质合金(YG6)基体表面进行去Co预处理。SEM形貌观察、X射线衍射谱和EDAX能谱分析都表明,与两步腐蚀方法相比,三步酸腐蚀处理表面去Co效果更加好,沉积金刚石薄膜的压痕图更证实其对涂层质量的改善,并且该方法可以减少预处理时间,更适宜于工业生产。     

时间步长对淬火过程温度场和组织场模拟精度的影响

淬火过程是一个温度、相变、应力应变相互影响的高度非线性过程,在用有限元方法计算温度场和组织场时,极易造成数据振荡现象.本文针对淬火过程温度场的特点,为了尽量提高温度场和组织的计算精度,使用集中热容矩阵、网格细化和自适应时间步长的方法,编写了淬火过程有限元模拟程序,并提出了一种控制模拟时间步长的方法--基于最大和最小温差的自适应步长,该方法是用前一步模拟得到的温度场与当前步模拟所得的温度场的差值控制模拟时间步长.用编写的程序对轴对称零件进行有限元模拟,从模拟结果的对比中可以看出,基于最大和最小温差的自适应步长方法不但可以避免数据振荡和提高模拟精度,而且可缩短计算模拟的时间.     

单元类型对有限元计算弯管截面畸变及壁厚变化的影响

在1Cr18Ni9Ti管回转牵引弯曲试验的基础上,分别采用实体单元和壳单元进行了相应的有限元模拟。分析2种单元类型的模拟结果后发现,采用实体单元和壳单元都能较好地表现管材的弯曲成形形状及过程,但两者的模拟结果存在差异。实体单元能较为准确地反映弯管的应力应变状态,对弯管横截面畸变的模拟结果更接近于实验值,而在预测弯管壁厚变化及起皱程度时,壳单元更合适。     

基于自由能变化的一种新的CA数值模型研究

基于晶体生长过程中的自由能变化,提出了一个新的模型来模拟枝晶生长。在新模型中,晶体生长由固-液界面处的自由能差来驱动,采用CA方法来跟踪新的界面单元。相对于KGT模型和溶质扩散型模型,该模型更加适合于难于寻找生长速度函数及生长过程基本无成分变化的晶体如金属间化合物等的微观组织模拟。新模型具有普适性。然后,基于新模型,构建了相应的算法并予以程序实现。在一个算法循环中,以当前计算单元为中心,同时考虑了计算网格中连续三层网格单元的状态-当前生长单元、生长单元的邻居单元、以及这些邻居单元的状态。计算结果与实际情况较为一致。     

轿车变速箱轴类件多工位冷精锻工艺及模具研究

轿车变速箱轴类件种类繁多,但其外形结构特点较为单一,其主要特征为细而长且多台阶.详细分析了该类锻件采用多工位冷精锻工艺方案的可行性.多工位冷精锻能顺利成形锻件,该工艺具有产品质量高、材料利用率高和生产效率高等优点,适合大批量生产.以输入轴为例,基于减径挤压工艺知识,制定了输入轴的五工位冷精锻工步图,计算并确定了工艺参数,研究了工步之间工艺参数的匹配关系;提出了多工位冷精锻模具设计原则和方法,设计了输入轴五工位冷精锻模;采用塑性成形模拟软件DEFORM-2D对输入轴各工步成形过程进行了模拟分析,验证了该工艺方案的可行性.     

磁控溅射薄膜生长的模拟方法

磁控溅射技术制备的薄膜膜层均匀,内部无气孔,密度高,与衬底的附着性良好,薄膜质量高,被广泛应用于科学研究和工业生产中,且适合应用计算机模拟来研究溅射过程和溅射结果,这样既可以检验模拟的准确性,又可以对实验现象的内在意义进行挖掘,为后续实验提供参考信息。在介绍磁控溅射薄膜生长常用模拟方法原理的基础上,详细讨论了第一性原理(First-principles calculations)、分子动力学(Molecular dynamics,MD)和蒙特卡洛(Monte Carlo,MC)等3种方法的适用条件和模拟结果,从3种方法适合解决的问题、相互之间的区别等方面,对国内外最新的研究进展进行总结与分析。发现3种方法在精确度和计算量上依次递减,在可模拟的时间和空间尺度上依次递增,在模拟对象上,第一性原理方法由于其高度的精确性被广泛应用于对薄膜本身的性质或对粒子间的运动等方面,且模拟结果可以是具体数值,从而对实验进行更加精确的预测和指导,分子动力学方法多用于模拟薄膜生长过程和原子间行为等方面,蒙特卡洛方法相较于前两者,用途更加广泛,可模拟的对象除了薄膜本身,也可以对电磁场等进行模拟。最后,对磁控溅射薄膜生长模拟未来的研究方向进行了展望。     

Blank design for deep drawn parts using parametric NURBS surfaces

Deep drawing is a forming process controlled by a number of parameters. The initial blank shape is one of the most important process parameter that has a direct impact on the quality of the finished part. This paper describes a new method to determine the optimal blank shape for a formed part using the deformation behaviour predicted by finite element simulations and salient features of NURBS surfaces. The proposed optimization method involves an initial blank shape, which is iteratively trimmed according to the deep drawing simulations results, to achieve the final optimal blank shape. The deep drawing simulations were carried out using DD3IMP, an implicit in-house finite element code. Parametric NURBS surfaces are used to optimize the initial blank shape based on the deformation behaviour predicted by numerical simulation. The proposed method can determine the optimal blank shape for any part within a few iterations.     

应用神经网络优化压边力

以汽车行李箱盖冲压成形过程为例,提出一种利用人工神经网络技术对压边力控制曲线进行优化的方法,将压边力优化理论与数值仿真技术相结合,建立了压边力优化RBF神经网络模型。仿真结果证明,采用优化后的变压边力控制曲线能有效改善板料的成形性能和成形质量。     

基于数值模拟技术的轿车零件成形工艺优化设计

采用有限元数值模拟技术,对轿车结构零件的拉延成形过程进行了模拟分析.对影响拉延成形质量的工艺参数进行了优化,着重优化了板料的形状和零件形面.通过对FLD图和成形结果的分析,得到了板料的形状和零件形面.最终将优化后的模拟结果与实际生产出来的拉延件结果进行了对比.验证了数值模拟的有效性.     

基于应变路径的复杂汽车结构件多工位级进模精确刃口线优化

复杂汽车结构件多工位级进模具有工位多、结构复杂、工位关联性强的特点,其冲裁工位刃口线受成形工位的影响,刃口线的预测精度低。基于此,提出一种基于应变路径的精确刃口线优化方法。采用有限元逆算法对零件分步展开,获得板料的初始轮廓线;基于真实压力机参数、精细化模面和真实工艺参数,对条料进行全工序精细化数值模拟。将板料初始网格的边界节点基于B样曲线拟合,提取成形前后边界节点的应变及其路径。以设计零件的产品边界为目标,建立精确刃口线优化的目标函数,通过调整B样条曲线,对轮廓线进行迭代优化。实例表明,该优化方法可有效提高复杂多工位级进模刃口线优化的精度和效率。     

高强度钢板的轿车支柱内板成形工艺研究

高强度钢板在成形过程中对工艺参数比较敏感,容易出现破裂等缺陷。采用有限元数值分析技术,对某轿车高强度钢板支柱内板结构零件的拉延工序进行数值模拟分析。对影响拉延成形质量的工艺参数进行了优化,主要对零件的坯料形状、拉延筋和压边力进行优化,通过对FLD图的分析以及综合考虑生产成本等问题,得到了坯料的形状,合理的拉延筋布置和合适的压边力。最终将优化后的模拟分析结果与实际生产出来的拉延件结果进行对比,验证了数值模拟的有效性,生产出质量较好的产品。     

铝合金连杆的楔横轧制坯优化研究

针对某汽车用铝合金连杆,在传统模锻制坯工艺的基础上,提出了楔横轧制坯的毛坯计算方法:首先确定计算截面位于毛坯的杆部还是头部,然后根据杆部、头部的位置不同给出该截面的计算直径和确定其长度的方法;进而分析了楔横轧制坯时坯料形状的优化评价指标;并对具体的铝合金连杆进行了有限元模拟.结果表明:采用楔横轧制坯,不仅加工工艺简单,...     

Forging preform design with shape complexity control in simulating backward deformation

This paper presents a preform design method which employs an alternative boundary node release criterion in the finite element simulation of backward deformation of forging processes. The method makes use of the shape complexity factor which provides an effective measure of forging difficulty. The objective is to release die contacting nodes in a sequence which will minimize the geometric complexity throughout the backward deformation simulation. This is done by calculating the effect of releasing each of a select group of boundary element nodes at each finite element solution step. The particular detached node which results in the minimum shape complexity factor will be released for the current step. This process continues for each backward step until the last few nodes remain in contact. This design method is demonstrated through the simulated forging of an integrated blade and rotor turbine disk blank. A preform shape developed by this method is compared with an empirically designed preform. Performance parameters for comparison include die fill, flash volume, effective strain variance, frictional power and die load. Comparing the results of the forward simulations indicates improved performance of the preform design using FEM based backward deformation method over that of the empirical design.     

基于有限元逆向法和正向法的板料成形过程中合理毛坯形状的确定

合理的毛坯形状可以提高板料成形质量,降低成本.有限元逆向法确定简单形状零件的毛坯具有很高的可靠性,但不适合于单独用来确定带有拉深筋及切边余量大的覆盖件拉深成形板料毛坯.本文采用有限元逆向法和正向法结合的方法,确定覆盖件零件的成形毛坯,并用物理实验验证了其合理性.     

Sheet metal forming analysis of planar anisotropic materials with a proper numerical scheme for the blank holding force

A modified membrane finite element with a proper formulation for planar anisotropic materials is introduced to correctly enhance the flexural rigidity not only within an element but among elements. The strain energy term in the formulation is decomposed into the membrane energy term for mean stretching and the bending energy term for pure bending. This procedure needs careful evaluation for the orientation of the anisotropic axes. The formulation is then combined with an effective algorithm to deal with the contact between the material and the dies. Distribution of the blank holding force is calculated in each step according to the thickness in the flange region. The calculation employs a special relation between the thickness and the blank holding force. The simulation examples demonstrate the validity and versatility of the computer code by showing the earing phenomenon in circular cup drawing and the variation of the blank holding force in rectangular cup drawing. The results shows that the thickness variation in the flange region redistributes the blank holding force during the deformation. The present algorithm can predict more precise contour lines in the flange region and a more precise shape and strain distribution.     

Numerical simulation-driven optimization of sheet metal drawing part shape

1　INTRODUCTIONDuringautoproductdevelopmentprocess ,manystructurecomponents/partsandbodypanelsaresheetmetalpartsthatarefabricatedthroughstampingpro cesses.Theeffectivestampingtoolanddiedevelop mentcancertainlyspeedupthevehicleproductdevel opment processandshortenthetimetomarket.Whileamongthestampingtechniques ,thedrawingprocessisthemostimportant processthatshapesmostofthegeometricfeaturesexcludingtheholesandflanges .Duringthesheetmetalpartdrawingprocessdesign ,it scriticaltoselect/determi…