一种基于能量理论的板料成形反向模拟初始域计算方法

针对目前在板料成形反向模拟法中常用到的初始域计算方法的缺点,提出采用一种基于弹簧系统能量理论的空间网格映射法。该算法克服了垂直投影法因零投映面积而不能迭代计算的问题,解决了几何映射法需要寻找对称线、断面线展开法无法解决局部网格畸变的问题。NUMISHEET 2002一标准考题中,通过与增量模拟软件eta/DYNAFORM的比较,证明了采用基于弹簧系统能量理论的调和映射思想来求解反向模拟法初始域具有较好的适用性,同时验证了反向模拟法较为可靠的计算结果及较高的计算效率。     

基于全量理论的反向模拟法在汽车翼子板冲压中的应用

以基于全量理论的反向模拟法为仿真工具,将变形前后所有单元厚度相对变化之和作为衡量成形零件的变形均匀性的标准,以单位长度拉延筋阻力为优化设计变量,采用敏度分析法,对拉延筋阻力的布置进行优化.利用推导的敏度信息,结合反向模拟法计算的应力应变信息,采用非线性规划优化算法FSQP,更新设计变量,实现目标函数最小化,直至迭代平衡...     

一种快速有效的板料成形拉延筋优化设计方法

将变形前后各个单元相对厚度变化之和作为目标函数,来衡量成形零件的变形均匀性,以单位长度拉延筋阻力为优化设计变量,采用灵敏度分析的方法,对拉延筋阻力的布置优化进行研究。推导了目标函数对设计变量、节点位移和节点残余力(包括外力)对设计变量、目标函数对节点位移等的灵敏度。将这些灵敏度信息以及反向模拟法计算的应力应变信息,提供给优化算法—非线性规划算法FSQP,通过优化算法,更新设计变量,实现目标函数最小化,直至迭代平衡,输出优化结果。通过NUMISHEET93实例中与增量模拟软件eta/DYNAFORM计算结果的比较,验证了反向模拟法可以快速获取优化的成形工艺参数及优化后的冲压件成形性能。     

基于全量理论的金属体积成形多步数值模拟

运用一种基于全量理论的多步有限元方法计算分析了金属体积成形过程.该方法针对刚塑性不可压缩材料,在静力平衡条件下以约束变分原理通过最小化近似塑性势能进行有限元求解.多步模拟在各中间构形的虚拟滑动约束下沿变形路径进行分步迭代计算,考虑了接触和变形历史,能够快速模拟较复杂的体积成形问题.运用该方法对几个典型金属体积成形过程进行了正向一步和多步数值模拟,将计算结果与增量有限元法计算结果进行了比较.结果表明:在计算金属体积成形过程中,基于全量理论的多步有限元模拟能够在大大缩短计算时间的同时获得与增量法计算结果相比偏差小于10%的计算结果.     

板料成形反向模拟法中的接触处理方法

板料成形反向模拟法中接触状态判断的准确与否直接影响到计算的精度及迭代收敛的速度。文章提出了两种判断模具与板料接触状态的策略,即基于单元节点拓扑关系的几何判定法和基于单元节点内力的物理判定法。几何判定法只需要工件的网格信息,提出了一种简单的获取节点拓扑关系的算法,可以快速地获取凸凹模与板料的接触状态。物理判定法根据单元节点力的平衡方程,由内力计算公式直接判断接触状态。通过分析比较,几何判定法对于浅拉深件,具有较好的适用性;而物理判定法对于几何判定法无法准确处理的平面特征较多或是网格质量较差的情况,却保持着良好的适用性及较高的计算效率。     

双展开平面映射法研究及在多步快速模拟中的应用

初始解的确定是板料冲压成形有限元快速分析中的一个重要环节,初始解的好坏严重影响分析计算的速度以及求解的收敛性。文章在总结前人研究成果的基础上,提出一种新的网格映射方法——"双展开平面映射法"来快速获得中间构型初始解,实际应用表明,所提方法正确、有效,并在板料成形多步快速模拟软件中得到成功应用。     

多道次拉深中间构型对成形影响的研究

钣金件多道次拉深中间构型的确定是塑性成形领域的一个难题。针对中间构型对多道次成形的影响,以轴对称盒形件为成形对象,采用试验方法进行了研究。试验设计了两种不同的中间构型,通过网格法研究在第1道次和第2道次中应变的分布规律;通过成形极限图研究两种中间构型第1道次和第2道次的成形性。试验结果表明,轴对称零件多道次成形在第2道次的成形中,底部成形近似为局部成形,容易在底部产生较大的拉伸应变,造成破裂缺陷,设计中间构型的底部应尽量与零件近似;第1道次和第2道次中沿母线方向的应变均为拉伸应变,自零件口部向零件底部周向的应变由压应变逐渐过渡到拉伸应变,以压应变为主,破裂一般发生在拉伸应变区。     

多道次拉深中间构型对成形影响的研究

钣金件多道次拉深中间构型的确定是塑性成形领域的一个难题.针对中间构型对多道次成形的影响,以轴对称盒形件为成形对象,采用试验方法进行了研究.试验设计了两种不同的中间构型,通过网格法研究在第1道次和第2道次中应变的分布规律;通过成形极限图研究两种中间构型第1道次和第2道次的成形性.试验结果表明,轴对称零件多道次成形在第2道次的成形中,底部成形近似为局部成形,容易在底部产生较大的拉伸应变,造成破裂缺陷,设计中间构型的底部应尽量与零件近似;第1道次和第2道次中沿母线方向的应变均为拉伸应变,自零件口部向零件底部周向的应变由压应变逐渐过渡到拉伸应变,以压应变为主,破裂一般发生在拉伸应变区.     

轿车结构零件多工步成形优化设计

轿车结构加强零件的成形过程通常经过多个工步来完成。以某一零件为例,通过对该零件的工艺特点的分析,确定了合理的多工步成形工艺方案,确定了多工拉延的工艺补充面;并采用有限元数值模拟技术,对其第一拉深,第二次拉深和整形工序进行了多工步模拟分析,对坯料形状进行了调整并得到了优化的坯料尺寸。通过生产试制,验证了该工艺的合理性和多工步成形过程数值模拟的有效性。     

锥形薄壁零件多道次充液成形方法

以某类锥形航空发动机整流罩为研究对象,定性分析了充液成形过程中纬向应变的变化规律,针对锥形件底部易破裂及悬空区起皱的失效形式,采用多道次成形方法。结合数值模拟及试验验证,探究了中间构型对终成形悬空区起皱、起皱区域分布及零件壁厚分布的影响,确定优化后的中间构型成形工艺参数,最终成形出减薄小、表面质量好的合格零件。     

物理逆向法在优化钣金成形毛坯中的应用

钣金成形中毛坯形状直接影响工件的成形和材料的流动情况,因此优化毛坯设计非常重要,不仅可以得到高质量的零件,而且节省材料和成本。文章介绍了关于‘物理逆向法’的进一步工作,提出了适合生产应用的加热装置。并通过有限元模拟和试验,对比研究了几何法、有限元一步法、物理逆向法确定毛坯的合理性。结果表明,物理逆向法适合毛坯的优化,对于盒形件,该方法与有限元一步法效果接近,而且明显优于几何法。     

Elastic-plastic finite element analysis of automotive body panel stamping processes using dynamic explicit time integration scheme

In this article, the elastic-plastic finite element formulations using dynamic explicit time-integration schemes are proposed for numerical analysis of automotive body panel stamping processes. A general formulation of finite element simulation for complex sheet forming processes with arbitrarily shaped tools is briefly introduced. In finite element simulation of automotive body panel stamping processes, the robustness and stability of computation are important requirements since the computation time and convergency become major points of consideration besides the solution accuracy due to the complexity of geometry and boundary conditions. For analyses of more complex cases with larger and more refined meshes, the explicit method is more time effective than the implicit method, and it has no convergency problem and has the robust nature of contact and friction algorithms, although the implicit method is widely used because of excellent accuracy and reliability. The elastic-plastic scheme is more reliable and rigorous, while the rigid-plastic scheme requires short computation time. The performance of the dynamic explicit algorithms is investigated by comparing the simulation results of forming of complex-shaped automotive body parts, such as a fuel tank and a rear hinge, with the experimental results. It has been shown that dynamic explicit schemes provide quite similar results to the experimental results. It is thus shown that the proposed dynamic explicit elastic-plastic finite element method enables an effective computation for complicated automotive body panel stamping processes.     

MESHFREE METHOD BASED ON POINT COLLOCATION FOR METAL FORMING SIMULATION

A meshfree method based on reproducing kernel approximation and point collocation is presented for analysis of metal ring compression. The point collocation method is a true meshfree method without the employment of a background mesh. It is shown that, in a point collocation approach, the remesh problem because of the mesh distortion in FEM （finite element method） and the low efficiency in Galerkin-based meshfree method are avoided. The corrected kernel functions are introduced to the stabilization of free-surface boundary conditions. The solution of symmetric ring compression problem is compared with a conventional finite element solution, and reasonable results have been obtained.     

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.     

体积成形的三维有限变形弹塑性有限元法的研究

本文以 ANSYS软件为平台 ,开发了用于金属体积成形分析的三维有限变形弹塑性用户单元 ,其中采用对数应变法计算构形间的应变增量 ,采用径向回归隐式算法进行构形间的应力更新 ,采用改进的抵消构形刚性转动的共旋变换算法来保证相关场量的客观性条件。为了保证对于体积不可压缩材料的模拟性能 ,建立了静水压力自由度与位移自由度的凝聚算法。这些算法不但简化了有限变形弹塑性有限元法的复杂性 ,而且提高了模拟精度。通过与 AN-SYS软件关于圆柱镦粗成形模拟结果的比较 ,验证了开发系统的正确性。     

金属成形三维有限元网格重划技术研究

依据单元畸变和工模间的单元干涉作为网格重划判据,采用几何体重构技术把几何实体分解成能在ANSYS上实现六面体网格划分的几个部分,利用体积判断法确定新结点在旧单元的单元编号,在场量传递上采用基于解析性质的等参有限元逆变换,把旧网格场量信息传递到新网格中。在ANSYS平台上实现了金属成形三维有限元网格重划技术。     

基于理想形变理论的有限元逆算法在板料成形中的应用

基于理想形变理论,研究了金属板料成形的有限元逆算法,并开发了计算程序.采用线性三角形膜单元和厚向异性的刚塑性材料模型,计算了一个带凸缘的方盒形件,并与Dvnaform的一步逆向法和增量法的计算结果进行了比较.实例分析结果表明,在工程允许精度范围内,本文方法能够有效分析零件的成形性能.由于该方法计算速度快,所以可用于零件...     

板材多点成形过程数值模拟的研究

多点柔性成形是一种先进的板材成形技术。在多点成形过程中 ,板材的受力状态、变形特点、接触边界等与传统的冲压成形有很大的不同 ,商业软件不能有效地反应这些特点。本文给出了自主开发的板材多点成形过程数值模拟专用软件 (MPFORM)所采用的有关理论与公式 ,介绍了基于UL隐式格式的弹塑性大变形有限元方法、退化板壳有限元模型以及处理多点不连续接触边界的接触单元技术等 ,给出了球形面与马鞍面多点成形过程的MPFORM数值模拟结果