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冷弯成型有限元数值模拟及回弹分析

郑军兴  
【摘要】: 随着我国经济的迅速发展,人们生活水平的不断提高,在生产和生活中人们将更多的应用外形美观、经济实用、安装方便的冷弯型钢产品,冷弯型钢作为高效经济型材的应用也越来越广泛。然而冷弯成型是一种复杂的板带深加工方法,金属板材在成型过程中存在着几何、材料和边界接触等多重非线性问题,而且影响成型过程的因素很多。因此,冷弯成型技术研究是一个复杂的课题。而我国冷弯成形理论研究的进展比较缓慢,辊式成型金属变形行为的研究尚不完善,生产中的工艺设计和孔型设计主要依靠设计者的经验知识,还不能很好的解决生产和设计中遇到的问题。 本文首先介绍了冷弯型钢的特点及应用,总结了国内外关于辊式冷弯成型理论研究的现状及发展趋势。并对冷弯成型基本理论和国内、外冷弯型钢CAD/CAE技术的发展现状作了详尽的叙述。接着对分析冷弯成型变形机理时所需要涉及到的材料、几何及接触三大非线性问题和冷弯型钢孔型设计的基本理论(料宽、弯曲角及回弹角等)进行了简述和归纳,阐述了本文立题的背景和意义。 考虑到实际冷弯成型过程本身是一个动力学过程,本文采用三维大变形有限元方法,根据实际生产的真实条件建立力学模型,用大型有限元软件ANSYS/LS-DYNA对C型板辊弯成型过程的三维变形过程进行了数值模拟。并系统的分析了成型过程中板料圆角和翼缘部位应力、应变的变化规律。此外,本文还研究了几种成型参数对成型过程的影响,得出了板料厚度、轧辊间距、成型角等因素对板料成型后应力、应变的影响规律。揭示板料成型规律,实现了研究方法的创新,具有一定的理论意义和实际价值。 此外,作者还利用ANSYS静态计算模块分析了C型钢的卸载反弹。探讨了材料的力学性质、硬化模型、板料厚度、轧辊间距及成型角等因素对辊弯成型回弹量的影响规律,得出了一些对实际生产有用的结论。最后将回弹模拟结果与实际生产中的回弹结果进行比较,验证模拟结果的可靠性,真正地使模拟结果能够用于指导实际生产。本论文的研究将对于冷弯型钢产品的开发、模具设计及回弹量的计算和控制都有很好的参考作用。


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