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薄板多点成形中弹性垫抑制压痕的数值模拟

作　者: 冯秀娟
导　师: 杨建鸣
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 薄板多点成形数值模拟压痕弹性垫
分类号: TG301
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 48次
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内容摘要

多点成形(Multi-point forming,简称MPF)是一种全新的板材成形方式其基本原理是将整体模具离散成一系列规则排列的基本体,靠基本体球头的包络面来实现板材的三维成形。与传统模具成形技术相比,多点成形省去了大量的模具设计、制造及调试时间,缩短了新产品的开发周期,降低了生产成本。目前,该技术已经在高速列车车头、船舶外板、车辆覆盖件、城市大型雕塑件等诸多领域得到了广泛的应用。在这种成形方式中基本体是加载的主体,由于基本体对板料施加集中力,成形件上可能出现压痕缺陷。通过在工件与基本体之间放置弹性垫,利用弹性垫产生的较大变形,充填了基本体之间的间隙,可以使集中载荷变为分布载荷,从而显著增大工件的受力面积,对压痕进行抑制。但是弹性垫厚度不仅影响压痕的抑制效果,而且对成形件的精度也有着很大的影响,要得到理想的成形结果,必须合理地选择弹性垫。随着计算机的应用以及非线性有限元方法的成熟,板材成形数值模拟技术得到了很大的发展。目前,该技术在优化模具设计、预测成形缺陷等方面的应用越来越广泛。在板材的多点成形过程中,由于基本体和板材之间接触状态不断发生变化,加载条件及其复杂,应用动态显式有限元算法求解具有明显的优势。因此,本文采用基于动力显式有限元格式LS-DYNA软件,从有限元模型的建立、材料模型的选择、边界条件的确定等方面对多点成形过程进行了数值模拟,系统地研究了多点成形过程中的压痕缺陷及抑制方法,主要研究内容与结论如下:在多点成形过程中,对一定曲率半径的不同曲面,无论是钢板还是铝板,球形面还是柱面,由于基本体与板料的接触面积小、接触压力大,都会有压痕的产生,对成形质量有一定的影响;通过对采用不同厚度的弹性垫对不同形状的多点成形过程进行数值模拟,研究了弹性垫对抑制压痕的效果,结果表明,通过弹性垫技术来消除压痕效果是明显的,当弹性垫较薄时对压痕没有明显的抑制作用,随着其厚度的增加,压痕得到了明显的抑制,当弹性垫厚度达到一定值时,压痕即可完全消除;使用弹性垫后成形件形状与目标形状相比会出现误差,必须在建立基本体点阵成形面时予以修正。首先用数值模拟的方法计算出板材充分成形后弹性垫的变形量,然后根据弹性垫的变形量确定基本体的调形,形成新的包络面,在使用新形成的多点模具对工件进行多点成形,就会得到较为精确的成形件,这些结果对多点成形技术的应用具有参考价值和指导意义。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-19
  1.1 多点成形技术概述  10-13
    1.1.1 基本原理  10-11
    1.1.2 技术特点  11-12
    1.1.3 应用范围  12-13
  1.2 板材成形过程数值模拟的发展状况  13-16
    1.2.1 板材传统模具成形过程数值模拟  13-15
    1.2.2 板材多点成形过程数值模拟  15-16
  1.3 ANSYS LS-DYNA 软件的介绍  16-17
  1.4 选题的意义及主要研究内容  17-19
2 薄板多点成形过程数值模拟的理论基础  19-28
  2.1 多点成形过程分析的理论基础  19-22
  2.2 材料的本构关系  22-25
  2.3 多点成形过程数值模拟基本方法  25-27
  2.4 小结  27-28
3 薄板多点成形过程有限元模型的建立  28-36
  3.1 建立有限元分析模型的一般过程  28
  3.2 薄板多点成形过程描述  28-29
  3.3 模型材料的选择  29-30
  3.4 单元的选择及网格的划分  30-33
    3.4.1 单元的选择  30-32
    3.4.2 网格的划分  32-33
  3.5 边界条件  33-35
    3.5.1 载荷边界条件  33-34
    3.5.2 摩擦条件  34-35
    3.5.3 接触条件  35
  3.6 小结  35-36
4 薄板多点成形过程的数值模拟  36-48
  4.1 压痕的产生  36-37
  4.2 成形面的曲面造型  37
  4.3 不同曲面的多点成形过程  37-45
    4.3.1 圆柱面的多点成形  37-41
    4.3.2 球形面的多点成形  41-45
  4.4 采用不同厚度薄板的圆柱面多点成形  45-46
  4.5 采用不同材料薄板的圆柱面多点成形  46
  4.6 小结  46-48
5 使用弹性垫薄板多点成形过程的数值模拟  48-59
  5.1 弹性垫对压痕的抑制  48-52
    5.1.1 使用弹性垫球形面多点成形  49-50
    5.1.2 使用弹性垫圆柱面多点成形  50-52
  5.2 弹性垫的厚度对压痕的影响  52-53
  5.3 弹性垫对圆柱面成形形状的影响及补偿  53-58
    5.3.1 弹性垫对成形件形状的影响  53-57
    5.3.2 成形圆柱面的修正  57-58
  5.4 小结  58-59
结论  59-61
参考文献  61-66
在学研究成果  66-67
致谢  67

薄板多点成形中弹性垫抑制压痕的数值模拟

内容摘要

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