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U形件弯曲回弹的数值模拟

童宏永  
【摘要】:金属板料成形技术是重要的金属成形方法之一,在板料成形中弯曲成形又是一种重要的成形工艺,板料成形后的回弹是很多冲压成形工艺特别是弯曲成形中通常遇到的问题,回弹对产品的精度影响较大,在模具设计阶段应给予补偿。传统的方法主要是通过不断地修模、试模来补偿,这样需花费大量的人力、物力。如果能在模具制造以前就能知道补偿量的大小,就可以大大简化修模、试模的过程,节约大量人力、物力,而这正是本文所要解决的问题。基于有限元计算的板料成形数值模拟给解决这个问题带来可能。金属板料成形的数值模拟是综合金属塑性加工工艺、有限元理论、CAD等多学科的一门交叉学科。其计算是包含几何非线性、材料非线性以及接触非线性的强非线性问题,一直是金属塑性成形数值模拟中的难点,回弹是在成形模拟后进行的,成形模拟中的累积误差使得要精确预测回弹更加困难,本文基于此进行了如下研究。 由于板料成形模拟是几何非线性问题,本文详细研究了板料成形数值模拟的理论。由于板料成形过程是一个大变形过程,不能用传统的基于小变形的有限元法来分析,必须用大变形弹塑性有限元法来分析板料成形问题。本文详细分析讨论了大变形情形下Lagrange描述的应变、应力的度量、虚位移原理,U.L.法、T.L.法的有限元列式,分析比较了U.L.法、T.L.法各自的特点、适用情形。提出在板料回弹模拟中采用U.L法,较为合适。通过分析比较用于板料成形数值模拟的静态显式、静态隐式、动态显式等三种时间积分方法在计算效率及计算精度上的差异,指出在板料成形模拟特别是回弹的计算中选取静态隐式算法对提高计算精度较为合适。 本文简要介绍了几种常用有限元软件的特点。并根据板料成形的特点以及现有条件,选择了以MARC为平台进行有限元分析。用MARC软件建立一个实用的模型,对U形件的弯曲成形的过程进行二维模拟。讲述数值模拟的过程及条件的设定,其中MARC软件的使用方法贯穿始终。最后利用了牛顿插值法得出了的计算公式。


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