板料成形过程建模与质量控制技术研究

南京理工大学博士学位论文板料成形过程建模与质量控制技术研究姓名：张晓斌申请学位级别：博士专业：机械工程指导教师：孙宇20081001板料成形过程建模与质量控制技术研究作者：张晓斌学位授予单位：南京理工大学相似文献(10条)1.期刊论文杨慧.王井玲.邢蕊.李慧琴.YangHui.WangJing-lin.XingRui.LiHui-qin板料冲压成形过程中起皱的数值模拟与实验研究-中国化工装备2008,10(2)起皱是板料成形过程中的主要缺陷,起皱的数值模拟作为解决起皱问题的有效方法,越来越受到工业界和学术界的重视.本文利用大型非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA的动态显示算法,对低碳钢冷轧板杯形零件在冲压过程中发生的起皱现象进行数值模拟及实验研究,分析了不同坯料尺寸和不同变形工艺条件下的变形过程.结果表明,模拟结果与实验结果基本吻合,数值模拟结果可靠,具有良好的应用价值.2.学位论文江煜煌板料冲压成形及回弹有限元数值模拟分析研究2007板料冲压成形是一种先进、优质、高产、低消耗、低成本的加工工艺方法，在众多生产领域中得到广泛的应用。同时，板料冲压成形是一个同时包括几何非线性、材料非线性和边界条件非线性等问题的复杂的弹塑性大变形力学过程。因此对于复杂的冲压成形件，仅靠工程师的经验公式设计出来的模具往往不能满足产品的技术要求。随着计算机技术的迅速发展，设计师开始采用计算机模拟技术来指导模具的设计。大量实践证明，有限元法是进行冲压成形过程计算机仿真最合适的数值模拟方法，合理的使用有限元数值模拟技术可以显著地提高模具设计质量，缩短模具设计周期。本文即是通过有限元数值模拟方法对某汽车冲压成形件进行冲压成形及回弹过程的数值模拟试验，研究一些关键参数对成形过程及回弹结果的影响规律。在冲压成形数值模拟部分主要研究了拉延筋形状及布置形式、坯料初始形状、网格单元属性、坯料与模具及压边圈之间摩擦系数、网格自适应技术对成形结果的影响，并得出这些关键因素对成形结果的影响规律。回弹是在实际生产中引起冲压件尺寸不合格的主要因素之一，回弹计算结果的准确性和收敛性也一直是回弹数值模拟的难点。本文详细介绍了运用LS-DYNA软件进行回弹模拟的全部过程，通过数值模拟试验分析了模具间隙、板料厚度及坯料初始网格数量对回弹量大小的影响，得到了这三个因素对最终回弹结果的影响规律。3.期刊论文陈中奎.施法中.ChenZhongkui.ShiFazhong板料冲压成形过程中起皱的数值模拟-机械工程学报2001,37(1)将大变形弹塑性有限元法应用于金属板料冲压成形过程，在率形式的虚功原理下，并考虑金属塑性不可压缩的特性推导了有限元列式。在此有限元模型的基础上模拟了冲压过程中伴随着的起皱现象，用方板对角拉伸、筒形件的起皱模拟验证了模型的正确性。4.学位论文陈中奎金属板料冲压成形过程有限元数值模拟的研究与开发2000该文在国家863计划与一汽支持下,开展了金属板料冲压成形过程有限元数值模拟的研究,并独立地开发了具有完全自主版权的金属板料冲压成形过程有限元模拟分析软件系统——SheetForm为冲压成形模具的设计提供了有效的分析手段.该文对板料成形有限元数值模拟的基本理论和关键技术进行了比较深入系统的研究,对板料成形有限元数值模拟软件的开发进行了大胆的探索.5.期刊论文刘艳芳.施法中板料冲压成形回弹的有限元数值模拟研究-锻压技术2004,29(4)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.6.期刊论文徐丙坤.施法中.XUBing-kun.SHIFa-zhong板料冲压成形回弹的数值模拟-北京航空航天大学学报2001,27(2)回弹是板料成形过程中不可避免的现象.回弹的数值模拟作为解决回弹问题的有效方法，越来越受到工业界和学术界的重视.完整的回弹数值模拟分为2步，即冲头加载成形过程模拟和冲头卸载回弹过程模拟.本文比较了静力隐式和动力显式2种算法在计算回弹问题时的优劣，采用静力隐式算法建立了计算冲头加载成形过程模拟和冲头卸载回弹过程模拟的有限元模型，并利用自行开发的软件给出了计算实例.7.学位论文张冬娟板料冲压成形回弹理论及有限元数值模拟研究2006回弹是板料冲压成形中存在的普遍现象,它直接影响着冲压件的尺寸精度.板料回弹量是整个成形历史的累积效应,它与成形过程中模具几何形状、材料性能、板料初始形状、工艺条件等诸多因素有关.特别是在有反复加载的情况下,材料的Bauschinger效应及其强化规律对于回弹计算精度有有重要影响.在这些因素的共同作用下,板料回弹量的预测精度目前还难以达到工业应用的要求.的精度的回弹预测一致是工业界和学术界的重要研究课题.本文旨在从理论模型和有限元数值方法方面探讨影响板料回弹量的主要因素和提高回弹预测精度的途径.另外,也将本文方法应用于高强钢回弹能力的评价,为企业制定相关评价体系提供依据.本文的主要研究内容如下:1)基于平面应变假设和Hill'48各向异性屈服准则,建立了不同材料强化模式下的板料V形弯曲、拉弯成形和u形弯曲的解析计算模型.基于这些模型,分析了材料强化模式和工艺参数对板料回弹量的影响规律,对于U形弯曲和拉弯成形,还建立了压边力和拉伸力等的极限成形条件.计算结果表明,解析模型给出的结果和试验结果吻合,与有限元数值方法相比,不仅提高了精度,缩短了计算时间,而且更有利于探讨板料回弹的机理.2)为解决反向弯曲回弹问题,提出了考虑材料包申格效应的非线性混合强化材料模型,推导了不同屈服准则下,非线性混合强化材料模型的弹塑性本构关系矩阵,给出了应力应变更新计算公式,分析了屈服准则和材料强化模式对板料回弹量的影响.研究结果表明,对于具有反向加载特征的问题,基于Hill'48或Barlal'89屈服准则的非线性混合强化模式预测回弹结果与试验结果较为接近.3)基于Mindlin壳理论和实体单元理论,推导了实体壳单元有限元列式,分析了实体壳单元的体积锁死和剪切锁死问题,并提出相应措施,数值模拟了NUMISHEET'93板料U形弯曲、NUMISHEET'2002无约束柱面弯曲、盒形件拉深切条回弹等考题.与试验值的对比表明,实体壳单元能有效提高回弹预测精度.4)分析了有限元数值模拟参数对板料回弹预测精度的影响,从理论上推导了虚拟动能与板料回弹预测精度的关系.研究结果表明,显式算法因采用虚拟动能使回弹预测精度不高,隐式算法能有效提高回弹预测精度.在保证数值模拟精度的前提下,应采用较大的单元尺寸.实体壳单元因综合了壳单元和实体单元的特征并与模具表面直接接触使回弹预测精度最高.对于Mindlin壳单元或实体壳单元,在板厚方向采用7个高斯积分点,大于7的积分点数对回弹预测精度影响不大.5)针对板料普遍存在的材料性能参数波动问题,基于正交试验设计和有限元数值模拟,研究了材料参数波动性对板料回弹量的影响规律.研究结果表明,杨氏模量的波动对板料回弹量的影响最大,其次分别为硬化系数、初始屈服应力、硬化指数及各向异性系数r,0的波动,而各向异性系数r,45及r,90的波动对板料回弹量的影响可忽略,且数值模拟分析材料参数对板料回弹量的影响趋势与理论分析一致.6)通过数值模拟和试验,研究了工艺参数对高强钢板料回弹量的影响规律,为制定高强钢板料回弹特性评价体系提供了理论依据.研究结果表明,数值模拟预测回弹结果与试验结果较为接近,能有效地代替试验预测板料回弹量.对于不同强度同一类型板料,回弹量随其强度的增加而增加.板料回弹量随凸凹模间隙、凸模圆角半径、拉深深度和板料与凸模间摩擦系数的增大而增大,随凹模圆角半径及板厚的增加而减小.增大压边力或板料与凹模间摩擦系数到一定数量后能有效控制板料回弹量,但过大的压边力或板料与凹模间摩擦系数会导致板料破裂.基于数值模拟和试验的工艺参数对板料回弹量的影响规律与本文的理论分析一致.8.会议论文陈劼实.周贤宾.刘长丽数值模拟中应用最小厚度准则预测板料成形极限2006在数值模拟中应用最小厚度作为成形极限判据,研究最小厚度值与应变路径的关系.如果对从单向拉伸到双向等拉之间的各种近似线性应变路径均应用相同最小厚度值作为判据,那么得到的极限应变点呈近似线性分布.对实验数据点与计算点的相对位置关系进行分析,发现两者之间的比值存在着近似指数函数的关系.对拉-压区和拉-拉区分别采用两段指数函数对最小厚度值进行修正,使其成为与应变路径相关的变量.采用修正后的最小厚度准则作为数值模拟中极限应变的判据,对ST14钢等三种材料成形极限的预测取得了较好的结果.9.学位论文冯天飞冲压成形模拟分析系统SheetForm的实用化研究2003该文首先研究了弹塑性本构方程的建立及其时间积分方法,由于大变形弹塑性本构方程采用欧拉(Euler)法进行时间积分时,要求弹塑性矩阵不能突变,所以对在材料非线性计算中的过渡单元,进行了专门的处理.由于原系统对有限元平衡方程的求解采用了修正牛顿—拉夫森迭代法(ModifiedNewton-RaphsonAlgorithm),用该方法对大型复杂汽车覆盖件进行分析计算时,不能保证求解结果的收敛性,为此该文研究了有限元平衡方程的求解方法,采用了全牛顿—拉夫森迭代法(FullNewton-RaphsonAlgorithm),并在迭代求解时对成形过程进行了合理的划分.为了提高接触搜索的效率,该文研究了接触搜索算法,并在原系统的映射投影法基础上,对原接触搜索算法中的初判断进行了改进,提出了先排序后判断的初判断算法,并在接触判断准则中采用了接触允许误差偏移的方法.研究了有限元建模的相关技术和方法,针对SheetForm系统中有限元网格的特点和原单个网格单元拾取方法不适合非均匀网格单元的弊端,提出了一种新的单个网格单元拾取方法,并在此基础上对原有的多种多个网格单元拾取方法进行了改进;另外,为了简化建立分析模型的过程和步骤,提出了自动生成矩形板料有限元网格模型、自动确定冲压型面和有限元分析模型自动定位等方法.在上述有限元数值模拟技术理论研究的基础上,结合板料冲压成形技术的特点,对SheetForm系统的前置处理模块中的数据管理进行了完善;另外,针对原系统受到单机运行环境的限制和出于企业的实际需要,提出了一种在Internet/Intranet环境下运行的冲压成形模拟分析系统网络版的实现方案.为了保护该软件的知识产以,防止侵权行为的发生,该文对软件的安全保护方法进行了研究,并采用了网卡物理地址(或硬盘的ID号)和有效时间段为特征值,进行单向加密的方法对该软件进行安全保护.最后用改进后的SheetForm软件对一些实际生产中的冲压件,特别是大型汽车覆盖件进行了分析计算,并把分析结果与实际冲压成形件进行对比分析,说明了该系统具有较高的计算效率、较强的分析能力、较好的计算精度及安全性.10.期刊论文徐丙坤.施法中.陈中奎板料冲压成形数值模拟中的几个关键问题-塑性工程学报2001,8(2)本文概括了板料成形数值模拟中涉及的几个关键技术环节，如材料模型、单元模型、接触摩擦模型、等效拉延筋模型、回弹模型等。介绍了作者在软件开发过程中对这些模型的一般处理方法。并利用自行开发的静力隐式算法弹塑性有限元分析软件SheetForm○R给出了几个计算实例。本文链接：授权使用：上海海事大学(wflshyxy)，授权号：caac1e82-0058-4cf6-a2ec-9e1f00dd94e7下载时间：2010年10月30日