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金属成形过程断裂行为的数值模拟技术研究

梅欣华  
【摘要】:金属塑性成形过程中存在大量的断裂现象。成形工艺,尤其是在分离工艺中,需要利用断裂来成形。成形质量的好坏直接影响着产品的使用寿命。本文以ANSYS软件二次开发技术为平台,研究了金属断裂过程数值模拟的关键技术问题,主要内容如下: 首先,通过对8种断裂准则的分析比较,得出适合金属断裂过程模拟的断裂准则。自定义一种平面4节点单元,并对其进行分析,求出其单元位移场和应力、应变场,最后得出其刚度矩阵,并基于这种单元应用断裂准则,利用ANSYS二次开发技术,实现用户自定义平面单元user101的程序开发,然后通过编程将断裂准则嵌入到ANSYS中,最后实现自定义单元和ANSYS的连接。并通过对一个悬臂梁模型进行模拟,与ANSYS中现有单元plane42进行比较,从而验证了自定义单元的正确性。 其次,利用自定义单元user101,以及自定义断裂准则,在ANSYS中对钢板冲压成形过程进行数值模拟。根据数值模拟结果,分析整个变形过程中应力、应变和位移的变化规律,从而预测出材料发生断裂位置。 最后,对铝合金5052拉伸成形过程进行数值模拟,根据铝板断裂过程中的数值模拟结果,预测出材料发生断裂位置。为了验证模拟结果的正确性,以铝合金5052为实验材料,进行铝板拉伸过程中的断裂实验。采用作者自行设计的模具,在YEW-5000型微机屏显液压压力试验机上进行试验,利用SDY2102型动态电阻应变仪检测铝板变形过程中的应变变化规律,从而测得断裂发生时的应变值,与数值模拟结果的应变值相比较,验证数值模拟结果的正确性。


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