CN109284515B - 基于有限元计算分析的薄板材料塑性成形极限确定方法 - Google Patents

基于有限元计算分析的薄板材料塑性成形极限确定方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109284515B
CN109284515B CN201710601149.9A CN201710601149A CN109284515B CN 109284515 B CN109284515 B CN 109284515B CN 201710601149 A CN201710601149 A CN 201710601149A CN 109284515 B CN109284515 B CN 109284515B
Authority
CN
China
Prior art keywords
strain
stress
sample
finite element
sheet material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710601149.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109284515A (zh
Inventor
刘友荣
张玉才
金澜
朱坤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Original Assignee
Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd filed Critical Shanghai Meishan Iron and Steel Co Ltd
Priority to CN201710601149.9A priority Critical patent/CN109284515B/zh
Publication of CN109284515A publication Critical patent/CN109284515A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109284515B publication Critical patent/CN109284515B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2113/00—Details relating to the application field
    • G06F2113/24—Sheet material
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/06—Power analysis or power optimisation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)

Abstract

本发明提供一种基于有限元计算分析的薄板材料塑性成形极限确定方法。本发明的方法包括如下步骤：(1)获得薄板材料的弹性模量、泊松比、屈服强度以及屈服后的应力‑应变对应关系；(2)建立起相应的凸模、凹模、压边圈和试样的几何模型；(3)在有限元软件的材料模型中添加相应的材料属性，设置相应的摩擦系数；(4)根据实际压边圈下压量和下压力确定出施加载荷；(5)控制凸模的下压位移，即下压量；(6)对试样进行网格划分；(7)定义计算时间；(8)得到某个试样成形实验时的应力应变演化结果，输出全部单元的应力‑应变云图；(9)利用S‑G滤波器对主应变进行一阶、二阶拟合。本发明为获得薄板冲压成形的准确结果提供了可靠的判断依据和准则。

Description

基于有限元计算分析的薄板材料塑性成形极限确定方法
技术领域：
本发明涉及一种基于有限元计算分析的薄板材料塑性成形极限确定方法，属于塑性成形的表征技术领域。
背景技术：
板料冲压成形加工技术应用范围十分广泛，在国民经济各工业部门，如汽车、航空、电机、电器、仪表、铁道、电信、化工以及轻工日用产品中均占相当大的比重。冲压成形生产主要是利用冲压设备和模具实现对金属材料的加工过程，具有节材、节能、成本低廉，和生产效率高等突出特点，因而冲压生产在制造业中占有重要地位。早期的金属塑性成形的研究方法主要是基于实验分析的方法，如在板料上印制小圆网格的方法来进行材料成形实验，通过观察小圆网格的变化情况来分析金属的流动，由此提出通过成形极限图来判断和评价材料的成形性能。成形极限图的提出，推动了板材性能、成形性能、成形工艺和质量控制的协调发展，是成形科学中重要的一步。但是，通过实验的方法确定材料的成形极限，往往面临着实验操作复杂，人力物力消耗大，试验时间长等缺点。由于实验方法所具备的上述困难，采用数值计算的方法(如有限元法)来获得材料的成形极限图成为研究的热点。有限元法具有很多优势：减少设计成本，缩短设计和分析的循环周期，降低材料的消耗或成本。利用大型有限元软件(ABAQUS、ANSYS等)可以完成复杂成型实验的分析计算。问题的难点在于如何通过数值计算结果获得材料的临界主次应变分布，从而得到材料颈缩时的应变量。
发明内容
本发明的目的是针对上述存在的问题提供一种基于有限元计算分析的薄板材料塑性成形极限确定方法，在已知材料拉伸应力应变曲线的条件下，结合S-G滤波器法对薄板成形过程中历史主应变进行拟合，求出相应点的最大二阶历史主应变极值，从而得到薄板成形时缩颈发生的位置和发生的时刻，为获得薄板冲压成形的准确结果提供了可靠的判断依据和准则，具有减少分析费用、节约实验成本、缩短分析周期的特点。
上述的目的通过以下技术方案实现：
一种基于有限元计算分析的薄板材料塑性成形极限确定方法，该方法包括如下步骤：
(1)通过平板拉伸试验获得薄板材料的应力-应变曲线，然后通过应力-应变曲线获得薄板材料的弹性模量、泊松比、屈服强度以及屈服后的应力-应变对应关系，并将实验获得的工程应力-应变值转换为真实应力-应变值；
(2)在有限元软件中根据成形实验系统实际尺寸建立起相应的凸模、凹模、压边圈和试样的几何模型，其中凸模、凹模、压边圈都设为刚性结构，试样设为弹塑性结构；
(3)在有限元软件的材料模型中添加相应的材料属性，设置凸模和试样、凹模和试样以及压边圈与试样间的接触属性，设置相应的摩擦系数；
(4)根据实际压边圈下压量和下压力确定出施加载荷，若已知下压力为F，则模型中施加的载荷为F/A，A为压边圈面积；如已知下压量，则模型中施加的载荷为Et，其中E为薄板材料的弹性模量，t为薄板厚度；
(5)通过设置凸模的下压速度和时间来控制凸模的下压位移，即下压量；
(6)对试样进行网格划分；
(7)定义计算时间，根据凸模下压速度v和行程s确定出确定合适的下压量L(L＝0.9s～1.1s)和下压总时间(L/v)，利用显式动态求解器进行成形过程的模拟，并在每一个增量步中输出各单元相应的应力应变分量；
(8)完成有限元计算以后，可得到某个试样成形实验时的应力应变演化结果，输出全部单元的应力-应变云图；
(9)计算主应变对时间的一阶导数和二阶导数，利用S-G滤波器对主应变进行一阶、二阶拟合。
所述的基于有限元计算分析的薄板材料塑性成形极限确定方法，步骤(1)中所述的将实验获得的工程应力-应变值转换为真实应力-应变值的具体方法是采用如下公式：
σT＝σ(1+ε)
∈T＝ln(1+ε)，
式中为σT真实应力，∈T为真实应变，σ为工程应力，ε为工程应变。
有益效果：
本发明通过数值模拟的方法获得薄板材料的极限颈缩位置，采用S-G滤波器对主应变进行一阶、二阶拟合，获得二阶主应变最大值时刻的主次应变值，通过连接不同试样尺寸获得的临界主次应变点形成成形极限曲线，可直接用于获得实际材料的成形极限图，从而大大缩短实验的周期，降低实验成本，提高实验的效率，同时也是一种绿色安全的材料成形性能获取方式，可为企业创造大量的经济、环境和社会效益。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
(1)通过平板拉伸试验获得薄板材料的应力-应变曲线，然后通过应力-应变曲线获得薄板材料的弹性模量、泊松比、屈服强度以及屈服后的应力-应变对应关系，并采用如下公式将实验获得的工程应力-应变值转换为真实应力-应变值。
σT＝σ(1+ε)
∈T＝ln(1+ε)
式中为σT真实应力，∈T为真实应变，σ为工程应力，ε为工程应变。
(2)在有限元软件中根据成形实验系统实际尺寸建立起相应的凸模、凹模、压边圈和试样的几何模型，其中凸模、凹模、压边圈都设为刚性结构，试样设为弹塑性结构。
(3)在有限元软件的材料模型中添加相应的材料属性，设置凸模和试样、凹模和试样以及压边圈与试样间的接触属性，设置相应的摩擦系数。
(4)根据实际压边圈下压量和下压力确定出施加载荷，若已知下压力为F，则模型中施加的载荷为F/A，A为压边圈面积；如已知下压量，则模型中施加的载荷为Et，其中E为薄板材料的弹性模量，t为薄板厚度。
通过设置凸模的下压速度和时间来控制凸模的下压位移，即下压量。成形过程中，采用牛顿-拉夫逊迭代计算求解相应的应力应变分布。
(5)对试样进行网格划分：映射网格精度高、计算量小，因此根据试样的实际尺寸，将试样划分成若干规则形状以便于生成映射网格。在试样中间的大变形区域，以及重点关注区域进行网格加密，试样两端小变形区域则划分为边长较大的网格。一般加密网格边长与远端较粗网格的边长比需要大于10。在试样厚度方向使用拖拉策略生成实体网格，网格类型选用六面体线性实体单元C3D8。
(6)定义计算时间，根据凸模下压速度v和行程s确定出确定合适的下压量L(L＝0.9s～1.1s)和下压总时间(L/v)。利用显式动态求解器进行成形过程的模拟，并在每一个增量步中输出各单元相应的应力应变分量。
(7)完成有限元计算以后，可得到某个试样成形实验时的应力应变演化结果，输出全部单元的应力-应变云图。由于数值计算时只涉及材料的塑性变形，因此无法得到断裂结果，此时以最大塑性主应变发生的位置为裂纹出现位置，输出该位置(网格)处主应变量随时间的变化值。
(8)计算主应变对时间的一阶导数(应变速度)和二阶导数(应变加速度)，利用S-G滤波器对主应变进行一阶、二阶拟合，这种方法可以保持原有数据的极大值、极小值和宽度等分布特性，通过改变多项式的顺序和平滑点数来提高拟合的准确性。
(9)在主应变二阶导数-时间曲线中找出最大值，确定出试样的极限应变点，根据该点的横坐标确定出发生断裂时的时间。找出成形过程中该时刻下的主应变和次应变，标注在以横坐标为次应变，纵坐标为主应变的坐标轴上，通过连接不同试样尺寸获得的主次应变点形成成形极限曲线，该曲线即为薄板的成形极限图。
本发明所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本专利的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于有限元计算分析的薄板材料塑性成形极限确定方法，其特征是：该方法包括如下步骤：
(1)通过平板拉伸试验获得薄板材料的应力-应变曲线，然后通过应力-应变曲线获得薄板材料的弹性模量、泊松比、屈服强度以及屈服后的应力-应变对应关系，并将实验获得的工程应力-应变值转换为真实应力-应变值；
(2)在有限元软件中根据成形实验系统实际尺寸建立起相应的凸模、凹模、压边圈和试样的几何模型，其中凸模、凹模、压边圈都设为刚性结构，试样设为弹塑性结构；
(3)在有限元软件的材料模型中添加相应的材料属性，设置凸模和试样、凹模和试样以及压边圈与试样间的接触属性，设置相应的摩擦系数；
(4)根据实际压边圈下压量和下压力确定出施加载荷，若已知下压力为F，则模型中施加的载荷为F/A，A为压边圈面积；如已知下压量，则模型中施加的载荷为Et，其中E为薄板材料的弹性模量，t为薄板厚度；
(5)通过设置凸模的下压速度和时间来控制凸模的下压位移，即下压量；
(6)对试样进行网格划分；
(7)定义计算时间，根据凸模下压速度v和行程s确定出确定合适的下压量L，L＝0.9s～1.1s和下压总时间L/v，利用显式动态求解器进行成形过程的模拟，并在每一个增量步中输出各单元相应的应力应变分量；
(8)完成有限元计算以后，可得到某个试样成形实验时的应力应变演化结果，输出全部单元的应力-应变云图；
(9)计算主应变对时间的一阶导数和二阶导数，利用S-G滤波器对主应变进行一阶、二阶拟合。
2.根据权利要求1所述的基于有限元计算分析的薄板材料塑性成形极限确定方法，其特征是：步骤(1)中所述的将实验获得的工程应力-应变值转换为真实应力-应变值的具体方法是采用如下公式：
σT＝σ(1+ε)
∈T＝ln(1+ε)，
式中为σT真实应力，∈T为真实应变，σ为工程应力，ε为工程应变。
CN201710601149.9A 2017-07-21 2017-07-21 基于有限元计算分析的薄板材料塑性成形极限确定方法 Active CN109284515B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710601149.9A CN109284515B (zh) 2017-07-21 2017-07-21 基于有限元计算分析的薄板材料塑性成形极限确定方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710601149.9A CN109284515B (zh) 2017-07-21 2017-07-21 基于有限元计算分析的薄板材料塑性成形极限确定方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109284515A CN109284515A (zh) 2019-01-29
CN109284515B true CN109284515B (zh) 2023-05-12

Family

ID=65185344

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710601149.9A Active CN109284515B (zh) 2017-07-21 2017-07-21 基于有限元计算分析的薄板材料塑性成形极限确定方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN109284515B (zh)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109870362B (zh) * 2019-03-04 2020-04-03 燕山大学 一种高强铝合金板材的断裂成形极限图建立方法及系统
CN110328279B (zh) * 2019-05-28 2021-01-08 北京航星机器制造有限公司 一种适用超塑成形工艺的机械压力加载方法
CN110220781B (zh) * 2019-06-06 2020-05-08 燕山大学 一种板材各向异性本构参数标定方法及系统
CN110516292A (zh) * 2019-07-15 2019-11-29 浙江工业大学 一种外绑扎工况集装箱角件承载力设计值的确定方法
CN110489874B (zh) * 2019-08-21 2023-05-09 广东小天才科技有限公司 一种等效分析按键失灵风险的方法
CN110749510B (zh) * 2019-09-30 2022-05-10 武汉钢铁有限公司 基于有限元仿真检测金属材料弯曲性能的方法
CN112926173B (zh) * 2019-12-06 2024-03-01 上海梅山钢铁股份有限公司 一种热轧高强钢板成形极限图的计算方法
CN111496121A (zh) * 2020-03-19 2020-08-07 上海理工大学 简单压力容器深拉成型封头材料选择方法及封头成型工艺
CN111595697B (zh) * 2020-04-10 2023-08-25 唐山钢铁集团有限责任公司 一种用于评判冲压时材料抗剪切成形能力的方法
CN111680438A (zh) * 2020-05-15 2020-09-18 中国第一汽车股份有限公司 一种金属板材拉伸实验数据转换处理方法
CN111914358B (zh) * 2020-07-08 2022-07-19 中国第一汽车股份有限公司 发动机冲击作用下的变速器壳体极限承载能力预报方法
CN112287573A (zh) * 2020-09-17 2021-01-29 珠海格力智能装备有限公司 注塑机机架可靠性分析方法、系统、注塑机及存储介质
CN112131773B (zh) * 2020-10-09 2024-05-10 南方医科大学 一种基于内表面负压吸引的动态有限元模拟方法
CN113176738B (zh) * 2021-03-23 2022-06-21 首钢集团有限公司 控制冲压成型性的方法及装置

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102901673A (zh) * 2012-10-11 2013-01-30 山东理工大学 拉压模量不一致薄板的拉压弹性模量的测量方法
CN104280155B (zh) * 2013-07-14 2019-03-12 付康 一种确定多层膜薄膜应力的系统与方法
WO2015170742A1 (ja) * 2014-05-08 2015-11-12 新日鐵住金株式会社 可塑性材料の評価方法及び可塑性材料の塑性加工の評価方法
CN106407557B (zh) * 2016-09-18 2019-07-09 常州大学 无模液压准静态薄板鼓胀变形极限应变及载荷的图算方法
CN106802256A (zh) * 2016-12-26 2017-06-06 首钢总公司 一种构建金属薄板成形极限应力图的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN109284515A (zh) 2019-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109284515B (zh) 基于有限元计算分析的薄板材料塑性成形极限确定方法
CN106140901A (zh) 金属板材弯曲成形控制方法
CN103745114B (zh) 一种钛合金应力松弛数值及回弹计算方法
CN107908917B (zh) 一种高强板冲压成形回弹预测方法
CN110750931B (zh) 一种高效的型材挤压模具设计方法
CN104698969B (zh) 一种基于拟合法的回弹补偿方法
CN104615809B (zh) 采用逆向反求因子的回弹补偿方法
CN110220781B (zh) 一种板材各向异性本构参数标定方法及系统
CN108108582A (zh) 一种曲面件柔性轧制成形过程的数值模拟方法
CN104550496B (zh) 一种模具动态配合精度补偿的工作方法
CN103034784B (zh) 基于多体系统传递矩阵的柴油机配气系统动力学计算方法
CN101908090B (zh) 基于响应函数的空间映射的冲压成形优化方法
CN103272982B (zh) 金属薄壁件铆接装配的铆钉镦粗方向确定方法
CN109214100B (zh) 板料快速成形预测方法
Feng et al. Research on the optimization mechanism of loading path in hydroforming process
CN110826280A (zh) 基于有限元模拟的筒形件拉深凸耳改善的工艺优化方法
CN110765693A (zh) 基于cae仿真技术的贵金属钽电容器外壳优化模具设计方法
CN106326574A (zh) 一种计及焊接变形和残余应力的极限强度数值计算方法
CN107127274A (zh) 一种汽车冲压件减薄率测定方法
CN109108168B (zh) 冲压模具合模间隙的计算方法
Zhang et al. Optimization of sheet metal forming process parameters by artificial neural network and orthogonal test method
Tao et al. Air Bending of Sheet Metal Based on the Grey Prediction Model.
CN105912746A (zh) 基于连续塑性加工生产条件下模具温升速率的力学模型建模方法及其应用
Khamis et al. Mild steel sheet metal forming using Abaqus software: Influence of drawbeads in minimize springback
CN110781615A (zh) 一种cae仿真准确率的评价方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant