电磁平板自由胀形3D数值模拟(英文)

电磁成形是一种高速率成形方法,它能够有效提高金属板材的成形极限。但是电磁成形过程复杂,涉及到磁场?结构场之间的耦合分析。数值模拟提供一种手段去解决耦合问题。然而,大多数的数值模拟都限于2D。建立3D有限元模型去分析电磁平板胀形。成形过程中考虑了板料与底模的接触和板料变形对磁场的影响。板料中心节点和半径20mm处节点的位移随着时间的变化与实验结果一致。分析了塑性应变能和塑性应变。     

大型铝合金曲面零件电磁渐进成形线圈结构优化设计

针对大型铝合金曲面零件电磁渐进成形工艺中板料不均匀变形的问题,基于ANSYS多物理场模块建立电磁场-结构场耦合模型,对成形过程进行数值模拟分析,研究电磁成形线圈结构参数对板料变形行为的影响,包括:线圈层数、线圈匝间距、线圈层间距、导线截面积和导线截面形状。研究表明,线圈层数增加,板料变形均匀性降低,而板料的变形量增大,多层线圈有利于提高线圈的强度和使用寿命;线圈匝间距与导线的宽度越接近,板料均匀变形效果越好;矩形导线截面的线圈相对圆形导线截面的线圈使板料变形更加均匀;线圈层间距和导线截面积对板料均匀变形影响不大,但是合理的结构参数可以提高线圈强度。提出了一种非等间距线圈结构,非等间距线圈产生的电磁场和电磁力是不均匀的,在板料半径1/3处受到的成形驱动力较大,而这种不均匀的变形力,进一步改善了电磁成形中板料的变形不均匀性,电磁成形平板线圈能与变形后的板料较好的贴合,使大型铝合金曲面零件电磁渐进成形能通过多次放电连续均匀塑性变形。通过实验验证了线圈结构优化设计的可靠性,实验结果与模拟结果基本一致,误差在12%以内。     

加载条件对铝板电磁局部成形的影响

基于电磁成形冲击载荷大、成形效率高的特点,提出了将电磁成形局部加载方式应用于整体壁板的新思路。以2024铝板为研究对象,通过工艺实验和有限元模拟分析,研究了加载路径和加载间距对成形效果的影响。结果表明,加载路径和加载间距对板料变形程度的影响较大,从中间向两边的加载路径可得到最大的弯曲挠度为3.204mm,是从左到右加载路经的1.3倍;随着加载间距的增大,板料的塑性流动更为充分,弯曲挠度明显提高,有限元模拟结果与实验结果一致。     

CLA16F/M钢燃料元件电磁渐进成形规律及精确控制研究

基于LS-Dyna R8.0软件平台建立CLA16F/M钢燃料元件电磁渐进成形电磁场-结构场顺序耦合有限元-边界元模型,对不同放电电压、内外管间隙以及外管壁厚条件下燃料芯体多道次电磁渐进成形过程进行仿真分析与样件试制,研究其局部塑性流动及缺陷形成规律,并多方位表征其成形质量。结果显示过大的放电电压会导致变形区域向集磁器两端集中,覆管与基管碰撞加剧,引发截面畸变;过小的放电电压无法激发覆管与基管碰撞、变形与贴合,从而导致连接失效。合理选择覆管-基管间隙可以有效避免失稳起皱与壁厚不均匀缺陷。经过模拟燃料元件电磁渐进成形多参数优化,实现了全流程高质量精确成形与缺陷控制,试件覆管-基管贴合精度达到10μm。     

整体壁板的电磁局部加载成形

电磁成形具有冲击载荷大和成形效率高等特点。以2024铝合金板为实验对象,利用电磁脉冲局部加载的新方法对整体壁板的成形进行了一系列实验研究,重点分析了加载间距、放电电压、板厚及约束条件对铝合金板料弯曲变形的影响。结果表明:加载间距、放电电压及板料厚度的合理选取对板料的变形至关重要。板料弯曲程度随加载间距的增大而明显增大且变形轮廓比较光滑,但加载间距不宜过大。板料弯曲程度在一定范围内随放电电压和板厚的增加而增大;约束解除之后,板料变形程度较解除之前有所增大,残余应力对板料弯曲变形的影响比板料减薄作用更为显著。     

管件电磁渐进胀形的数值模拟及成形均匀性

文章将渐进成形的思想融入到传统的管件电磁胀形工艺中,提出管件电磁渐进成形的新工艺,即采用小尺寸线圈,通过移动多次成形的方式成形长管件。提出了适合于管件电磁渐进胀形工艺的顺序耦合数值模拟方法,并与一次放电、两次放电、三次放电的实验结果进行对比,模拟结果与3组实验数据均吻合。采用数值模拟的方法,进一步研究重叠率和成形顺序对管件变形均匀性的影响,研究结果表明,重叠率为50%、成形顺序为b→c→a时,可获得最佳的成形均匀性。电磁渐进成形技术应用于管件胀形工艺中具有可行性,对实际生产具有指导意义。     

管件电磁成形中温度变化的模拟研究

管件电磁成形中,工件温度的变化会影响材料的电导率和塑性性能,从而影响工件的成形性能.利用有限元软件ANSYS,建立电路-电磁场和电磁场-温度场两种耦合模型,分析成形过程中管件温度变化、分布及其影响因素.模拟结果表明,在放电能量一定的条件下,管件温度变化值随放电电流频率的增加而升高,且在工件轴向和径向均存在温度梯度.     

基于LS-DYNA的铝合金板材电磁成形过程模拟及实验研究

研究了汽车用铝合金板材电磁成形塑性变形过程,采用LS-DYNA有限元分析软件进行1 mm厚的AA6014铝合金板材电磁成形变形过程的分析,并将模拟结果与实验结果进行对比分析。结果表明,板料首先在对应线圈半径的1/2附近开始变形,然后由于惯性作用带动中心区域材料进行变形,直至板料的初始动能逐渐耗散,最终变形为一个类似锥形件。当电容为2370μF,电压分别为4和3 kV时,电磁成形实验深度测量结果为49.61和40.26 mm,模拟结果为48.25和35.11 mm;板料变形最大区域的厚度实验结果为0.71和0.78 mm,模拟结果为0.70和0.79 mm,实验与模拟结果的厚度误差为0.01 mm。通过研究结果对比分析,获得了铝合金电磁成形塑性变形的过程,进一步为铝合金电磁成形工艺研究和应用提供了参考。     

电磁成形数值模拟技术研究及应用

电磁成形是一种高能率非接触成形技术,其利用高压脉冲电流通过电磁线圈产生瞬态强磁场,使附近的导体工件产生涡流,工件受到洛伦兹力的作用而变形。数值模拟技术是研究电磁成形的有效方法。通过分析和讨论国内外电磁成形数值模拟技术的研究及应用,综述了直接耦合法、松散耦合法和顺序耦合法3种电磁成形数值模拟方法的算法和特点,其中松散耦合和顺序耦合研究及应用较为广泛,实际应用中可根据试件的电磁成形特点合理选择数值模拟方法。     

电磁铆接各参数对线圈放电电流的影响

线圈放电电流是影响铆接质量的主要参数,而放电电流由众多参数所决定。利用通过有限元方法建立的电磁铆接电磁场耦合模型,系统地研究了各参数对线圈放电电流的影响。研究结果表明,放电电压、放电电容量、线圈匝数、系统电阻、驱动片材料、驱动片厚度和放电线圈与驱动片间隙对放电电流的幅值和周期均有较大的影响。通过线圈放电电流的分析,为电磁铆接成形参数的选择及工艺参数的设计奠定基础。     

New developments on the use of polymeric materials in sheet metal forming

Advanced polymers offer at the present time concrete possibilities in reducing the product development time and production of prototypes and small series of sheet metal parts. However, the applicability of such materials requires different approaches in comparison to conventional materials for sheet metal forming dies. This paper presents investigation results dealing with tribological and tool design aspects for the use of polymeric materials in sheet metal forming. Friction and wear of sheets with different surface topologies have been investigated. A new test method for measuring polymer/sheet wear is presented. A coupled simulation model for the production of a test geometry aimed specifically at the investigation of die deformations and loads is presented. The behaviour of two polymeric materials by forming the test geometry has been simulated and the maximal loads and deformations during the process have been quantified. Simulation results have been subsequently validated in experimental testing.     

耐热不锈钢板材激光弯曲成形温度场有限元分析

通过建立激光板料弯曲三维热力耦合模型,对1Cr17Ni2耐热不锈钢板材在激光弯曲成形过程中温度场进行了有限元模拟,研究了板料上下表面的温度随时间的变化规律,研究结果表明1Cr17Ni2不锈钢板材的成形机理符合温度梯度机理.     

板料冲压成形回弹的有限元数值模拟研究

随着对冲压件的尺寸精度要求的不断提高,精确预测给定冲压件的回弹量大小及分布显得非常重要。采用无模法模拟卸载回弹过程时,需要以加载成形后的应力为基础。本文给出了加载成形中的应力计算方法,并采用无模法建立了卸载回弹的计算模型。文中提出一种不同于传统的初始单元弹性化处理的方法,提高了回弹的计算精度。研究了卸载因子的取值规律对回弹计算的影响。利用自行开发的软件SheetForm模拟分析NUMISHEET’93标准考题中U型件深冲压的回弹情况,验证了该方法的有效性。     

Modified strain-life equation to consider the effect of different prestrain paths for dual phase sheet steel

Fatigue tests of dual phase sheet steel (DP600) were conducted with strain controlled mode of fully reverse loading conditions at room temperature. The specimens were fabricated with three different prestrain paths such as as-received, uniaxial prestrain and plane strain prestrain. Fatigue properties for the all prestrain paths were determined from the fatigue test results. The strain-life curve equations were depended on the prestrain levels and paths. In this study a universal strain-life equation was proposed based on the experimental data to predict the fatigue life of dual phase sheet steel with different prestrain paths. The proposed model utilized fatigue properties of the as-received condition coupled with prestrain levels in the length, width, and thickness of the test specimen. The effectiveness of the proposed universal strain-life equation was demonstrated with a simple metal formed part that experienced various prestrain paths.     

复杂加载路径下板料屈服强化与成形极限的研究进展

本文在阐述塑性变形行为与成形极限对于解析板料成形过程的作用与意义的基础上 ,针对板料屈服准则、强化模型、成形极限及复杂加载路径的影响规律的研究进展进行了综述与分析 ,得出 :建立符合实际板料成形特点的复杂加载路径的实验方法 ,验证理论研究结果的准确程度及适用范围 ,确定复杂加载路径下的解析描述及实用判据 ,是目前该领域主要的研究方向。最后对实现复杂加载路径的实验方法及其可行性进行了分析。     

5A06-O aluminium–magnesium alloy sheet warm hydroforming and optimization of process parameters

The uniaxial tensile test of the 5A06-O aluminium–magnesium (Al–Mg) alloy sheet was performed in the temperature range of 20–300 °C to obtain the true stress–true strain curves at different temperatures and strain rates. The constitutive model of 5A06-O Al–Mg alloy sheet with the temperature range from 150 to 300°C was established. Based on the test results, a unique finite element simulation platform for warm hydroforming of 5A06-O Al–Mg alloy was set up using the general finite element software MSC.Marc to simulate warm hydroforming of classic specimen, and a coupled thermo-mechanical finite element model for warm hydroforming of cylindrical cup was built up. Combined with the experiment, the influence of the temperature field distribution and loading conditions on the sheet formability was studied. The results show that the non-isothermal temperature distribution conditions can significantly improve the forming performance of the material. As the temperature increases, the impact of the punching speed on the forming becomes particularly obvious; the optimal values of the fluid pressure and blank holder force required for forming are reduced.     

影响板料成形回弹数值模拟精度的因素分析

分析了影响板料回弹精度的数值模拟因素：屈服准则、硬化模式、单元技术及有限元数值计算方法。研究结果表明各向异性屈服准则Barlat89更接近于材料的实际屈服行为;对于具有Bauschinger效应的材料及复杂加载问题,采用非线性混合强化材料模型预测板料回弹量的精度最高;由于实体壳单元具有实体单元和壳单元的优点,预测回弹模拟结果精度高。研究还表明,在时间允许的条件下,采用较小单元尺寸模拟精度高。     

金属板材成形中拉深损伤模拟的两种求解方法

讨论用数值模拟预测板材成形中发生拉深损伤破坏的两种不同的求解方法。第一种是采用完全耦合的弹塑性破坯模型的动力显式数值方法。基于状态参量的不可逆热力学过程 ,完全耦合的本构方程考虑各向同性强化和拉深。这些已引入有限元软件ABAQUS/E用于对金属成形的模拟。在数值技术方面 ,隐式积分方法被用来对本构方程的局部时间积分 ,动力显式技术用于求解总体平衡方程。第二种方案是采用简化的损伤模型的方法 ,被称为逆法 (InveseApprch)。I.A被限定在考虑各向同性强化和损伤的塑性全量理论基础上的简单的本构关系。做比例加载和临界损伤达到以后的损伤饱和假定 ,可以得到损伤演化方程的封闭解。这两种损伤模型在编程中的实施采用两种方式 :计算中考虑或不考虑损伤作用 ,也就是耦合的或非耦合的计算。文中给出一些算例来说明每种损伤模型的优点     

A study of surface roughening in fcc metals using direct numerical simulation

Grain-scale surface roughening due to plastic straining in polycrystalline aluminum is studied with the aid of a three-dimensional finite-element crystal-plasticity model. An improved understanding of the origin of surface roughening profiles in plastically strained aluminum is sought. Large-scale, Direct Numerical Simulation enables the computation of full-field solutions and the explicit consideration of the deformation of individual crystals as well as of their crystalline texture evolution and interaction with neighboring grains. Simulations are conducted on idealized flat sheet polycrystalline aluminum samples under uniaxial and biaxial loading conditions. The results obtained show that the ensuing surface profiles are controlled by several factors: applied boundary conditions, Taylor factor and shear tendency of the individual grains and the spatial distribution of grain neighborhood orientations. The conditions leading to different ridging profiles, e.g., corrugated and ribbed surface profiles, are discussed.     

十字形双向拉伸试验有限元模拟及分析

本文建立了臂上开缝十字形试件双向拉伸试验有限元计算模型 ,在十字形试件几何参数优化的基础上 ,对两种不同性能的板料在不同位移比例加载条件下 ,进行了有限元模拟和分析。模拟结果表明 ,改变加载路径对该试件中心区轴向应变量有较大影响 ,但不影响中心区轴向应力的分布。可见 ,所设计的臂上开缝十字形试件双向拉伸试验研究不同加载路径下板料变形行为是可行的