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冷变成型有限元分析及实验研究

吴振强  
【摘要】:冷弯成型是板带深度加工、提高附加值的一个重要领域,但其成型 机理至今未完全研究清楚。本文是以探明冷弯成型机理为主线,从板带 的力学分析入手, 以实验结果分析为依据,以有限元分析为方法,对冷 弯成型过程展开了研究。 本文首先总结了国内外冷弯成型研究领域的研究现状及成果,对冷 弯型钢特点、冷弯成型理论、冷弯成型加工工艺、冷弯成型有限元分析 和CAD技术研究现状作了详尽的叙述。 其次,对分析冷弯成型变形机理时所对需要涉及到的非线性有限元 理论进行了简介和归纳,并应用该理论对冷弯成型过程进行了简单的分 析。 本文还针对冷弯成型过程的主要受力特征和变形过程,设计并加工 出了冷弯成型变形装置,该装置结构简单,成本低,应变和回弹量测试 方便。并使用该装置对4 mm与6mm钢板试件进行了回弹测试及应变测试, 所测得的实验数据与理论分析基本吻合,正确地反映出了冷弯成型中板 带的横向变形的特点。 使用ANSYS/LS-DYNA建立实验试件模型并进行有限元分析,模拟 出了试件成型过程,分析了各个测点应力、应变随变形角度变化的情况, 还讨论了求解时间、试件厚度、有限元网格密度、模具倒角、试件翼长 因素对有限元试件模型内应力、应变的影响。试件的有限元分析结果与 实验测试数据吻合较好。 在ANSYS/LS-DYNA模块中,使用壳单元(SHELL163) 和刚体材料 建立轧辊模型,使用壳单元和经典双线性塑性材料模型建立轧件模型, 模拟出了一道次辊弯成型过程、两道次辊弯成型过程和多道次辊弯成型 过程,分析了轧件在各道次的应力应变分布情况。轧件有限元模型模拟 仿真出了轧件在冷弯成型过程中的横向变形和纵向变形,横向变形与冷 弯成型实验室测试装置测试数据一致,纵向变形与生产实际略有差距。 此外,作者还采用SOLID164体单元建立模型模拟冷弯成型测试试验 和两道次辊弯成型过程,研究了应力应变在轧件厚度上的分布情况,轧 件变形特点与壳单元建立的模型基本一致。 最后,在上述研究成果的基础上,总结全文,对装置需要改进之处 昆明理工人学硕卜论文 及今后进一步开展的研究工作提出了作者的个人看法。 通过本文的研究,作者得出以下结论:自行设计的冷弯成型测试装 置较真实地反映出了冷弯成型过程中轧件的横向变形过程;对实验试件 和冷弯成型过程建立的有限元模型合理,与生产实际吻合较好;使用 ANSYS/LS一DYNA软件,模拟冷弯成型过程是切实可行的;本文的研究对促 进冷弯成型理论研究和指导生产实际具有重要意义。


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