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板料多次拉深过程数值模拟分析

作　者: 喻祖建
导　师: 李华基
学　校: 重庆大学
专　业: 材料学
关键词: 多次拉深成形有限元分析数值模拟管子支架
分类号: TG386
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 351次
引　用: 9次
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内容摘要

多次拉深成形技术广泛应用于生产实际,多次拉深成形就是将零件拉深变形的总变形量进行分配,每次拉深完成零件的一部分变形,最后制成所需要的零件。多次拉深成形的机理非常复杂,在多次拉深成形中,后续工序的坯料为半成品工件,半成品工件已经历过一次或多次变形,坯料在材料性能和几何形状上都发生了一定的变化。所以相对于一次拉深成形来说,多次拉深成形有其特殊的变形规律和相应的变形工艺。目前,对板料拉深成形的数值模拟研究工作,大多集中在首次拉深成形,对于多次拉深成形,很多理论和经验公式都是根据首次拉深通过一定的简化、假设推导出来的,缺乏实际依据,还具有许多需要克服的困难,对多次拉深成形进行系统的、深入的研究非常少。本文采用数值模拟方法,全面深入地研究多次拉深成形。本课题的研究对促进先进技术在冲压行业中的应用,提高整个冲压行业应用先进技术的水平,具有十分重要的意义。本文系统阐述和讨论了板料冲压成形数值模拟的非线性有限元理论;比较了T.L.法和U.L.法这两类大变形弹塑性有限元方程的列式和求解特点,提出了适合板料成形数值模拟的弹塑性本构方程;分析并比较了Hill 屈服准则和Barlat 屈服准则,并指出屈服准则的选用方法;分析并比较了各种单元类型的异同点,指出BT单元无论是从计算精度还是从计算效率两个方面考虑都是最适合多次拉深成形数值模拟的单元类型;分析并比较了隐式、显式和显隐式综合算法,并给出了采用动态松弛算法时虚拟速度和虚拟质量的选取方法。本文在分析板料成形有限元数值模拟的基础上,介绍了多次拉深成形数值模拟的一般过程,分析了多次拉深成形数值模拟的关键技术:几何模型的建立、单元类型的选择和网格划分、屈服准则的选用、边界条件的处理、板料与模具间干涉问题的处理、工步间变化历史信息的传递等。以数值模拟等先进技术解决工业生产中产生的实际问题是板料成形技术的发展方向。本文以管子支架的多次拉深成形为例,分析多次拉深成形中不同的凸模圆角半径、模具间隙、压边力、压边间隙、摩擦系数对拉深成形性能的影响,得出了这些因素与工件首次拉深最大变薄率的关系。本文的研究结果表明,应用数值模拟技术可以计算零件在成形过程中产生的变形、应力、应变分布,预测零件在成形过程中起皱、破裂和刚性不足等缺陷,从而得到成形所需的优化工艺条件。使模具和工艺设计由经验设计上升到理论指导,从而大大提高设计质量,减少模具的调试费用,缩短模具生产周期,为加速产品的更新换代,提高生产效率,创造有利条件。

全文目录

中文摘要  4-5
英文摘要  5-9
1 绪论  9-18
  1.1 引言  9-10
  1.2 板料成形有限元数值模拟的研究概况  10-12
  1.3 板料多次拉深成形有限元数值模拟的研究概况  12-14
  1.4 eta/DYNAFORM 有限元分析软件介绍  14-16
    1.4.1 DYNAFORM-PC 软件的组成  15
    1.4.2 DYNAFORM 软件的模拟步骤  15-16
    1.4.3 DYNAFORM 软件的模拟功能  16
  1.5 选题背景和意义  16
  1.6 本文的主要研究内容  16-18
2 板料拉深成形的理论分析  18-27
  2.1 引言  18-19
  2.2 板料拉深的变形过程分析  19-21
  2.3 板料多次拉深成形的特点  21-23
  2.4 影响拉深及多次拉深成形性能的因素  23-27
    2.4.1 材料性能参数对拉深成形的影响  23-24
    2.4.2 工艺参数对拉深成形的影响  24-27
3 板料成形非线性有限元理论  27-47
  3.1 引言  27
  3.2 有限变形理论  27-33
    3.2.1 有限变形的应变张量  27-30
    3.2.2 有限变形的应力张量  30-32
    3.2.3 几何非线性有限元方程的建立  32-33
  3.3 材料非线性的弹塑性本构关系  33-36
    3.3.1 材料的屈服模型  33-35
    3.3.2 弹塑性本构关系  35-36
  3.4 单元类型的选择和网格划分  36-39
    3.4.1 单元类型的选择  36-38
    3.4.2 单元尺寸控制  38-39
  3.5 边界条件的处理  39-44
    3.5.1 接触处理  40-42
    3.5.2 接触力的计算  42
    3.5.3 摩擦处理  42-44
  3.6 有限元求解算法  44-47
    3.6.1 隐式求解法  44-45
    3.6.2 显式求解法  45
    3.6.3 显式隐式综合求解法  45-47
4 板料多次拉深成形数值模拟过程及关键技术研究  47-54
  4.1 引言  47
  4.2 多次拉深成形有限元数值模拟步骤  47
  4.3 多次拉深成形数值模拟的关键技术  47-52
    4.3.1 几何模型的建立  47-49
    4.3.2 单元类型的选择和网格划分  49-50
    4.3.3 提高模拟效率的方法  50
    4.3.4 屈服准则的选用  50-51
    4.3.5 边界条件的处理和板料与模具间干涉的处理  51
    4.3.6 工步间变化历史信息的传递  51-52
  4.4 DYNAFORM 软件的板料多次拉深成形分析  52-54
5 管子支架多次拉深成形过程数值模拟  54-67
  5.1 引言  54-56
  5.2 第一次拉深过程模拟  56-60
    5.2.1 有限元分析模型的建立  56
    5.2.2 模拟结果及分析  56-60
  5.3 第二次及以后各次拉深过程模拟  60-67
    5.3.1 模拟条件设置  60
    5.3.2 模拟结果及分析  60-67
6 结论与展望  67-69
  6.1 结论  67-68
  6.2 展望  68-69
致谢  69-70
参考文献  70-74
附:1. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录  74-75

板料多次拉深过程数值模拟分析

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