数值模拟中应用最小厚度准则预测板料成形极限

在数值模拟中应用最小厚度作为成形极限判据,研究最小厚度值与应变路径的关系。如果对从单向拉伸到双向等拉之间的各种近似线性应变路径均应用相同最小厚度值作为判据,那么得到的极限应变点呈近似线性分布。对实验数据点与计算点的相对位置关系进行分析,发现两者之间的比值存在着近似指数函数的关系。对拉-压区和拉-拉区分别采用两段指数函数对最小厚度值进行修正,使其成为与应变路径相关的变量。采用修正后的最小厚度准则作为数值模拟中极限应变的判据,对ST14钢等三种材料成形极限的预测取得了较好的结果。

板料成形极限的理论预测与数值模拟研究

本文针对目前板料成形极限的实验、理论计算和数值模拟方法以及成形极限应力图的研究进展 ,进行了综述与分析 ,提出了通过数值模拟方法预测板料成形极限所存在的一些问题。认为找到一种能够尽量减少对外部条件的依赖 ,从而更本质地反映材料性能的方法。

成形极限预测韧性断裂准则及屈服准则的影响

将韧性断裂准则用于预测板材成形极限,通过数值模拟HS钢、IF钢和6111-T4铝合金3种板材在单向拉伸、平面应变和双向等拉等不同应变路径下的变形过程,获得试件中心区域主应变最大单元的应变历史,结合成形极限实验数据计算韧性断裂准则的材料常数;通过对接近平面应变变形路径下的模拟结果与实验获得的网格应变相比较分析了H ill48,H ill90和Barlat89 3种各向异性屈服准则对模拟获得的应变路径的影响.结果表明,Barlat89屈服准则可以较好地描述单元的应变路径;在此基础上比较了几种韧性断裂准则用于预测板材断裂成形极限的计算结果,Cockcroft-Latham准则和总塑性功准则的计算结果比较理想,材料常数的确定也较为简单.

树脂复合减振钢板法向黏结强度与扩孔性能的试验研究

为数值模拟分析时有效地预测树脂复合减振钢板成形过程中的失效形式,设计了测量两表层钢板之间法向黏结强度的试验方法,获得了树脂复合减振钢板的法向黏结强度;并设计了测试树脂复合减振钢板扩孔成形性能的试验模具,获得了极限扩孔率.试验结果表明:树脂复合减振钢板和单层钢板的差异在于成形性能参数和工艺参数不同;要将复合减振钢板成功地应用于工业生产中,必须针对复合减振钢板的变形特点而设定新的失效评判标准,并开发新的检验手段.

板料成形极限预测新判据

从控制塑性变形能的角度出发,基于总塑性功的积分形式,建立板料的成形极限预测判据。这种板料成形极限预测判据考虑应变路径变化、材料的硬化指数、各向异性系数及材料的初始厚度等对成形极限的影响。判据中的参数可由常用的单向拉伸极限应变试验确定。由此通过数值模拟可以预测板料在各种不同应变路径下的成形极限,适用于成形极限图的拉—压和拉—拉应变区,从而建立完整的成形极限曲线,可大大减少试验工作量。试验验证表明,这种成形极限预测判据对于钢板和铝合金板的成形极限可做出较为准确的预测。实现了只进行单拉试验即可预测板料在不同应变路径下的成形极限。

考虑可靠度的成形极限曲线建立方法

实验获得板材成形极限的方法是通过对不同加载路径下获得的极限应变点进行拟合,从而得到成形极限曲线。将百分回归分析理论应用到成形极限实验数据点的曲线拟合方法中,利用该方法可以对成形极限曲线的百分位值进行分析和预测,可以在给定的实验可靠度和置信度下,根据实际需要调节曲线的位置,同时为给定极限应变点分布带的上下限的确定提供理论依据。

屈服准则用于高强度热轧钢板的适用性分析

为确定适合描述高强度热轧钢板变形行为的屈服准则,采用Hollomon流动应力方程和三种屈服准则对几类高强度热轧钢板在不同应变路径下达到成形极限的成形过程进行了模拟.比较了Barlat(1989)、Hill(1948)、Barlat六参数3种屈服准则,对热轧酸洗板QStE340TM、SAPH370和热轧镀锌板ZStE260P在单向拉伸、平面应变和双向等拉3种应变路径下的变形过程进行了比较.结果表明,Barlat(1989)屈服准则能较好地描述单元的变形行为,且在平面应变路径下的模拟结果最符合实验结果.

各向异性屈服准则的发展及实验验证综述

鉴于材料的屈服行为对板料成形的重要性,人们对各向异性屈服准则进行了长期研究.本文对各向异性屈服准则的发展进行了较为全面的回顾,对Hill系列、Hosford系列和Drucker系列3类屈服准则分别进行归纳.重点介绍不同类型屈服准则的适用范围及缺陷,总结目前国内外所采用的不同的实验验证方法,最后指出各向异性屈服准则在数值模拟中应用的难点及今后的研究方向.

板料冲压成形破坏判断准则的研究进展

分析板料冲压成形中有无明显集中缩颈的韧性破裂、剪切破裂判断准则的研究现状。比较成形极限图以及韧性破裂准则在判断板料破坏中各自的优缺点。针对当前有限元分析软件中的破坏准则用于判断板料局部小特征弯曲强化的成形极限或是先进高强钢板在缩颈前产生剪切破裂等问题所存在的局限性,综述上述特殊问题的研究进展。提出建立沿横、纵两个方向拉伸弯曲下的极限判据对于预测板料局部小特征弯曲的成形极限将更有普遍意义。同时有必要进一步研究先进高强钢板成形的剪切破裂机理,并建立可以有效预测先进高强钢板剪切破裂的有限元模拟失效判据。研究板料成形的上述破坏问题及其判断准则,对于丰富与发展塑性成形理论和指导实际生产具有重要的理论意义和工程应用价值。

考虑冲裁变形过程的高强度钢扩孔模拟与实验验证

针对传统的扩孔模拟方法未考虑冲裁变形过程而导致预测精度较低的问题,以高强度DP590钢为例,对冲裁-扩孔的全过程进行数值模拟.采用改进的积分方法获得Oyane韧性断裂准则的阈值,基于冲裁变形的应变梯度分布与损伤分布进行扩孔工序的模拟,并与其实验结果加以对比.结果表明：与未考虑冲裁变形过程的预测结果相比,考虑冲裁变形过程的预测精度提高了99.6%;冲裁间隙越大（10%~15%）,其仿真结果与实验结果吻合越好.

板材拉伸破裂厚度分布及成形极限预测

对ST14钢板单向拉伸试件断口处的厚度进行了测量,获得其厚度分布和厚度梯度分布。从厚度变化和厚度梯度分布变化的角度对分散性失稳区和集中失稳区进行划分;分析了厚度分布非对称现象的成因。采用数值模拟的方法,分别得出了以失稳减薄率和破裂减薄率作为判据的成形极限图,经过与实验成形极限图的比较,失稳减薄率判更适于预测拉-压区成形极限,破裂减薄率能够对整个成形极限图范围内的曲线变化趋势进行预测。

基于三维Hill’48屈服准则的液压成形本构模型及数值验证

基于三维Hill’48屈服准则建立了内高压成形的力学模型,将半隐式向后Euler应力更新算法与显式有限元方法相结合,通过用户自定义子程序UMAT将本构模型嵌入有限元软件LS-DYNA中,通过单个单元的拉伸试验对其进行验证,并将本构模型应用于液压胀形过程的数值仿真模拟,与各向同性Mises屈服准则进行了对比分析.结果表明,二次开发的本构模型正确,能够较好地反映管材胀形的变形规律.

基于误差修正的复杂翻边切边线优化设计

对复杂翻边的切边线优化设计进行了研究,提出了一种基于误差修正的预测复杂翻边切边线的迭代方法,在LS-DYNA有限元仿真的基础上,根据仿真轮廓与目标轮廓的形状误差来修正毛坯形状.结果表明,经1～2次迭代修正后得到了精确的切边线形状,在程序中实现了LS-DYNA求解器的自动调用,提高了切边线的优化效率.同时,通过对某翻边件的仿真模拟及物理实验,验证了该迭代方法的有效性.

一种板料拉深性能的快捷解析预测方法

破裂是板料拉深成形的典型缺陷,板料在变形过程中,可以根据其厚度变化预测破裂,即厚度减薄到一定程度时即视为其破裂。本文以筒形件为例,基于Hill48屈服准则,推导出板料拉深变形的厚度计算公式,进而得出拉深后的最小厚度。比较了解析解与Dynaform数值模拟结果。算例表明:解析方法在预测板料拉深性能时有一定的应用价值。

利用最小厚度准则预测高强热轧钢板的FLC曲线

为更便捷地获得成形极限图(FLD)中的成形极限曲线(FLC),用最小厚度准则,通过少量成形极限试验结合数值模拟来预测FLC.采用Barlat1989屈服准则对QStE340TM、SAPH370、ZStE260P三种高强度热轧钢板进行成形极限模拟,并以最小厚度准则作为极限判据,根据数值模拟结果绘制FLC图.计算结果表明,采用平面应变路径下的成形极限实验数据作为最小厚度准则的已知参数时,数值预测结果与实验结果能较好吻合.故采用平面应变路径下的成形极限实验数据,结合最小厚度准则和数值模拟,即可得到材料完整的FLC曲线.

基于Yoshida-Uemori硬化模型的高强钢冲压件回弹预测研究

基于LS-DYNA软件对高强钢薄板零件的冲压成形进行仿真分析与回弹预测,研究了不同材料硬化模型对回弹预测精度的影响。在仿真分析中应用各向同性硬化模型和考虑包申格效应的Yoshida-Uemori随动硬化模型,将模拟回弹值同试验回弹量进行比较,验证了Yoshida-Uemori材料模型在高强钢回弹预测中的可靠性,为实际生产中模具设计及修正提供理论指导。

流线形拉深件冲压工艺分析及有限元数值模拟优化

利用Dynaform软件模拟流线形铝制品零件的拉深成形过程,得出冲压成形的FLD图,并优化板料形状和工艺参数避免产生缺陷。分析了成形工艺参数对成形质量的影响,制定了铝制品零件的冲压工艺方案。实际生产的产品无缺陷,满足质量要求。

汽车覆盖件翻边成形切边线优化设计及算例研究

主要研究了汽车覆盖件翻边成形工艺的切边线优化设计,提出了一种基于误差修正的预示翻边切边线的迭代算法,基于LS-DYNA的仿真模拟,根据模拟结果轮廓与目标轮廓间的形状误差来不断优化毛坯形状,对于复杂的汽车覆盖件翻边零件,一至两次的迭代优化后即可得到精确的切边线形状。在程序中实现了LS-DYNA求解器的自动调用,大大提高了切边线的优化效率。最后通过2个汽车覆盖件翻边成形的算例研究证明了该方法的有效性,为汽车覆盖件拉深模和切边模同步开发提供了切实可行的技术手段。

超高强度钢薄板扭曲回弹特性的数值模拟与试验分析

为了研究超高强度钢复杂件冲压过程中出现的扭曲回弹现象,设计了可用同一副模具成形的两端开放和一端封闭的2类S梁零件,对其成形后的扭曲回弹特性进行了数值模拟和试验验证.提出了零件整体最大扭曲量的概念,并用其作为评价扭曲回弹程度的指标,分析了压边力、摩擦以及板料轧制方向对于零件扭曲程度的影响.结果表明,在所研究的压边力范围内,扭曲程度随着压边力的减小而减小,摩擦对于2类S梁零件的扭曲回弹的影响呈现不同的规律,在较大压边力和摩擦系数下,采用垂直轧制方向板料成形导致更大的扭曲.研究结果可为预测与减少复杂零件拉深成形扭曲回弹控制提供有益的指导.

边部冲裁对双相钢拉伸性能影响的实验研究

为研究边部冲裁对双相钢(DP590、DP780和DP980)拉伸性能的影响,采用冲裁和线切割2种方法制备实验试样.基于MTS793材料试验机,使用非接触式视频应变测量方法,在常温下完成静拉伸实验.通过材料的力学性能曲线,分析原始标距对拉伸性能的影响以及不同断面质量下拉伸试样的力学性能响应、颈缩过程与断口形貌.结果表明:原始标距减小,基本不影响屈服强度、抗拉强度和最大力非比例伸长率,而断裂总伸长率显著增大;冲裁试样与线切割试样在拉伸颈缩段存在较大差别,断裂总伸长率低于线切割试样,且随着冲裁间隙的增大而减小;DP590和DP780冲裁试样在非均匀颈缩和横向裂纹出现后,呈现折线状断口,而DP980冲裁试样则与线切割试样的剪切滑移型断口类似,颈缩时产生显著的剪切带.