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板材成形分析与数值模拟

孙向东  
【摘要】:钣金件由于轻质、互换性好、表面粗糙度小、成本低而被广泛应用于航空航天、汽车、电子等领域。冲压成形是生产钣金零件的一种主要手段。板材冲压成形中包含着非常复杂的物理现象,涉及力学中的材料、几何、边界三大非线性问题。传统冲压过程的模具设计是一个费时费力的“试错”过程。本文采用有限元法对板材冲压过程进行了模拟分析,旨在对钣金冲压成形的模具设计起到一定的指导作用。 本文对板材冲压成形的工艺特点及分类作了较为深入的探讨,论述了成形过程中的起皱、拉裂以及回弹缺陷,对其各自的成形机理、影响因素和控制方法作了归纳和总结;阐述了有限元基本理论,给出了应用有限元方法解题的一般步骤,并对各个理论基础进行了详细阐述,重点分析了本课题中应用的弹塑性有限元法;对有限元算法中的边界条件处理方法进行了论述,由于它们在各自的应用范围内有着不可避免的缺陷,为此,本文在采用有限元网格近似描述工件及模具表面基础上,应用时间增量法对工件与模具动态接触过程进行模拟,总结了触模节点的位置判断方法,并对其作了比较;提出了平面圆接触算法,编制了触模节点位置修正程序,以便解决用最短距离法判断触模位置时所引起的“死锁”现象,使之适用于有限元通用软件ANSYS;本文针对汽车覆盖件冲压成形有限元模拟方面的具体问题进行了研究,用CATIA软件对三坐标测量机测绘出的数字曲面进行反求运算,对ANSYS有限元软件作了简单介绍,采用弹塑性有限元的数值模拟方法对汽车覆盖件成形进行了有限元数值模拟实验,并根据模拟结果进行了应力应变分析。 应用ANSYS对车身覆盖件冲压成形过程进行分析、研究,是探索解决车身覆盖件冲压成形缺陷的新途径,这对提高车身覆盖件制造精度、降低模具成本、缩短车身覆盖件模具开发周期具有十分重要的现实意义。


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