金屬板材單點漸進成形數(shù)值模擬及機理研究.pdf

1、金屬板材單點漸進成形是一種新型的金屬板材數(shù)控?zé)o模成形技術(shù)，是升級傳統(tǒng)手工鈑金工藝的現(xiàn)代化加工方法。這種成形工藝能夠柔性化、低成本、方便快捷地加工出復(fù)雜的殼體零件。同時，與傳統(tǒng)沖壓工藝需要大批量制造以保證成本經(jīng)濟性不同，該工藝適宜于小批量靈活加工，因此，更能滿足現(xiàn)代市場日益迫切地個性化生產(chǎn)需求。 金屬板材單點漸進成形工藝在應(yīng)用中還存在一些迫切需要解決的問題，如何合理選擇工藝參數(shù)、如何避免成形中的破裂等。要解決這些問題，就需要對金屬

2、板材單點漸進成形的變形機理進行深入研究。在常規(guī)的物理實驗研究中，難以直接獲得成形過程中詳細的應(yīng)力、應(yīng)變等力學(xué)參量，僅由間接測量獲得的局部數(shù)據(jù)不能客觀全面的反映出漸進成形過程的變形機理。而通過有限元法數(shù)值模擬，可以直接、方便、直觀地獲得這些有價值的數(shù)據(jù)，應(yīng)用于成形機理研究。在常規(guī)的板材成形工藝研究中，有限元法數(shù)值模擬已發(fā)揮出舉足輕重的作用。 金屬板材單點漸進成形由于自身的特點，如成形過程載荷加載軌跡復(fù)雜且長、板材厚度的劇烈減薄變化

3、、以及局部變形累積等，使得對其進行有限元法數(shù)值模擬存在建模難度大、計算效率低等難點問題。 本課題首先基于非線性、彈塑性有限元理論方法，對金屬板材單點漸進成形過程的數(shù)值模擬的建模方法進行研究。通過建立能夠描述鄰接單元厚度連續(xù)變化的八節(jié)點六面體實體單元、涉及材料各向異性的非線性彈塑性材料模型、和工具頭運動軌跡動態(tài)加載的控制策略等數(shù)值模擬中的關(guān)鍵性問題，對適用于金屬板材單點漸進成形數(shù)值模擬分析的有限元模型的建立進行合理規(guī)劃。

4、根據(jù)建模規(guī)劃，對漸進成形實驗中最具代表性的方錐臺件和圓錐臺件，各自建立兩種類型的有限元分析模型，即完整有限元分析模型和局部有限元分析模型。完整有限元分析模型是建立在對漸進成形過程邊界條件、力學(xué)關(guān)系等的真實仿真基礎(chǔ)上，而為了提高模擬效率建立的局部有限元分析模型，是通過添加虛擬的邊界約束而仿真成形過程。通過四個模型的模擬結(jié)果與實驗結(jié)果的對比研究表明，兩類模型均適用于漸進成形的數(shù)值模擬分析，其中，方錐臺件的局部有限元分析模型具有最高的計算效率

5、。 基于完整有限元分析模型對漸進成形過程的各階段進行分析，從而全面認識漸進成形的特點；基于方錐臺件局部有限元分析模型，并將板材厚度方向的單元細分為三層，通過成形過程仿真，獲取成形中，板材不同區(qū)域的應(yīng)力、應(yīng)變情況，提出并建立分區(qū)域的漸進成形機理解釋，即，在不同區(qū)域，板材的變形方式是不同的，其中，對體現(xiàn)漸進成形主要特點的方錐臺件和圓錐臺件的側(cè)壁充分變形區(qū)域，其變形方式是拉伸－彎曲復(fù)合變形。 基于方錐臺件局部有限元分析模型，對