Application and comparison of different elastoplastic constitutive models for springback simulation of aluminum sheet forming

Springback is considered to be one of the most important problems in aluminum sheet stamp forming, leading to deviation from the designed target shape and assembly defects. In this study, a springback simulation model based on the benchmark of a Jaguar Land Rover aluminum panel is established. We embed several elastoplastic constitutive models （ Barlat＇ s 89, Barlat＇ s YLD2000, Yoshida-Uemori （YU） ＋ Barlat＇ s 89, and YU ＋ Barlat＇ s YLD2000） in the finite element model,in order to discuss the influence of the constitutive model selection on springback prediction in aluminum sheet forming.

考虑回弹的水平上调式三辊卷板机卷圆精度研究

为提高卷圆成形精度,建立了不考虑回弹与考虑回弹时水平位移量与卷圆半径之间的理论模型。采用ABAQUS软件建立了卷圆成形有限元模型,并通过实验验证了理论模型及有限元模型的可靠性。基于可靠的有限元模型,研究了材料、摩擦力和板厚对卷圆成形精度的影响规律。研究结果表明,不考虑回弹时实验和仿真的成形半径与目标半径之间的误差分别为31.3%和20.7%。考虑回弹后的误差分别降低至2.2%和1.2%;在相同水平位移量下,材料的屈服强度越高,成形半径越大;摩擦力对成形半径的影响较小;板料越厚,成形半径越小。针对不同材料与不同厚度的板料卷圆成形,考虑回弹时的理论模型能够获得更精确的水平位移量,从而提升卷圆精度。

汽车流水槽成形性分析及回弹研究

根据客户要求并结合流水槽形状特点,确定冲压工艺方案,利用Autoform R8软件进行CAE成形分析,获得零件回弹方向及回弹量,确定最佳拉深造型。通过现场零件质量验证工艺方案的可行性,最后对零件进行白光扫描,运用GOM软件对比扫描数据与零件数据,验证前期CAE分析的可靠性,该方案对类似零件的开发提供了参考依据。

先进高强度双相钢弯扭复合回弹补偿控制研究

针对先进高强度双相钢弯扭复合回弹的预测与补偿问题,在弯扭复合回弹试验的基础上建立了有限元模型并进行了仿真模拟。首先,利用DP600材料在弯扭复合回弹试验中回弹量较大的特点,进行了单向拉伸试验和加载-卸载-反向加载的拉压试验以测定DP600的力学特性。其次,分别采用Ls-dyna提供的4种弹塑性材料模型建立了单向拉伸和拉压试验有限元模型,通过Ls-opt迭代求解筛选出合适的材料模型及参数,结果表明,采用MAT125材料模型预测的数值更接近弯扭复合回弹试验数据。最后,通过反向截面补偿法推导出底部支撑距离移动公式,通过反向位移补偿法和偏置曲面得到模具面,对弯扭复合回弹结果分别进行补偿。发现利用反向位移补偿法,并通过偏置曲面的方式,能够对在上压杆偏转角度增加时诱发的弯扭复合回弹进行有效补偿控制。

厚壁不锈钢管弯曲成形试验及其回弹特性分析

借助数控弯管机,分别完成了壁厚为5.5 mm和3.5 mm不锈钢管材的弯曲成形试验。根据回弹理论,通过弯曲简化模型,进行了管材弯曲回弹机理分析,推导了金属管材弯曲回弹角的工程近似解析公式。利用多目测量机完成了弯曲回弹角的测量,通过数据分析,研究了变形条件及管材结构尺寸对弯曲回弹角的影响规律。结果表明:在单一变量情况下,弯曲回弹角随折弯角的增大而增大;相同规格管材在同一折弯角下,弯曲回弹角随着时间推移持续增大,且回弹角的回弹速度随时间增长快速衰减,回弹主要发生在弯曲完成后的24 h内。文中试验数据及研究结论为厚壁不锈钢管路的弯曲成形及其工程应用提供了参考。

不锈钢薄管折弯成型与回弹有限元模拟分析

基于Simufact Forming软件建立不锈钢薄管折弯成型的有限元仿真模型,模拟薄管折弯成型过程并分析接触面摩擦因数和折弯速度对薄管折弯后回弹程度的影响。结果表明:随着薄管折弯角度的不断增大,折弯区域的等效应力逐渐增大,局部高应力区域增大,外侧壁厚逐渐减小,内侧壁厚逐渐增大;薄管折弯后回弹量随摩擦因数的增大或折弯速度的减小呈现先增大后减小的趋势;当摩擦因数为0.2或折弯速度为2 s内190°时,薄管的回弹量最大。该结果能够为薄管折弯成型模拟仿真和回弹量预测提供一定的参考。

Springback analysis and strategy for multi-stage thin-walled parts with complex geometries

Springback of a SUS321 complex geometry part formed by the multi-stage rigid-flexible compound process was studied through numerical simulations and laboratory experiments in this work.The sensitivity analysis was provided to have an insight in the effect of the evaluated process parameters.Furthermore,in order to minimize the springback problem,an accurate springback simulation model of the part was established and validated.The effects of the element size and timesteps on springback model were further investigated.Results indicate that the custom mesh size is beneficial for the springback simulation,and the four timesteps are found suited for the springback analysis for the complex geometry part.Finally,a strategy for reducing the springback by changing the geometry of the blank is proposed.The optimal blank geometry is obtained and used for manufacturing the part.

基于修正LM算法的Barlat89和Y-U联合模型参数反求

为精确预测高强钢的回弹,需要使用准确且全面描述其材料力学性能的材料模型参数,由此提出了一种基于修正的Levenberg Marquardt(LM)优化算法对Barlat89和YoshidaUemori(Y-U)联合模型参数进行反求的方法 .以高强钢材料DP780为例,通过单向拉伸和拉伸压缩试验获取材料的力学性能曲线,使用LS-DYNA软件进行与试验对标的仿真分析,采用修正的LM算法连续优化仿真预设的材料模型参数,使得最终仿真求解输出与试验获取的材料性能曲线达到最小二乘意义上的相等,得到最优的材料联合模型参数.研究结果表明:使用的LM算法相关系数为0.951 4,算法收敛性较好;反求出的Barlat89和Y-U联合模型参数,能够同时较准确地描述DP780材料单向拉伸和拉伸压缩力学性能曲线;仿真结果曲线与试验曲线拟合程度较高,两者的平均相对误差为4.65%.此方法所获取的材料模型参数反映了材料正、反向加载时的力学特性,同时能够极大地提升回弹预测精度.

S形截面钣金件的多步冲压成形仿真分析

针对冲压成形过程中材料成形时回弹难以控制的问题,以某型车辆S形截面钣金件为研究对象,建立了包括成形回弹补偿和折弯回弹补偿在内的全工序三维有限元模型,采用仿真与试验相结合的方法对板料的冲压成形性能进行仿真评估,确定冲压成形工艺参数与方案,通过实际冲压工艺验证冲压成形工艺参数与方案的合理性。结果表明,按照所设计的坯料排样指导S形截面钣金件级进模的设计和调试后,获得了合格的实际冲压产品。

GH3536合金板材复杂曲面冲压回弹预测

研究了GH3536合金板材复杂型面的冲压回弹预测问题。基于LS-DYNA有限元模拟软件以及优化软件LS-OPT,建立了一种适用于Y-U硬化模型和Chaboche硬化模型的参数拟合方法,并拟合了上述模型的待定参数。通过对比材料模型对循环剪切应力-应变曲线的力学响应和回弹预测,并与实验数据进行对比分析,确定了最适合GH3536合金板材复杂曲面冲压回弹预测的材料模型。结果表明,Hill’48屈服准则搭配Y-U硬化模型不仅能够很好地描述GH3536合金板材反向加载时的瞬时包辛格效应和相关硬化特性,从而实现对循环剪切应力-应变曲线的高精度力学响应,还可以准确地预测GH3536合金板材复杂型面的回弹。

冲焊型液力变矩器叶轮成形工艺及尺寸精度研究

以10碳钢涡轮为研究对象,研究了冲焊型液力变矩器叶轮的叶片冲压成形工艺及其对总成装配精度的影响。以叶片设计模型为输入,研究了叶片三维形状和尺寸的展开方式对叶片插装工艺性的影响。基于叶片材料的拉伸应力-应变曲线及各向异性系数等力学性能数据、三维几何模型和实际冲压工况,建立了叶片冲压成形的有限元模型,采用一步逆算法对成形过程开展了仿真模拟,分析了冲压回弹的分布规律并开展了回弹补偿计算以获得高尺寸精度叶片零件。设计制作了多角度辊铆和夹紧工装安装于立式车床制作涡轮样件,采用非接触式光学扫描系统研究了总成的尺寸精度及其影响因素。结果表明,叶片支耳结构的展开不当会造成叶片无法顺利插装;采用模面法对模具型面进行回弹补偿,叶片主体回弹精度可控制在0.106 mm以下;对模具进行回弹补偿可获得形状和尺寸精确的叶片零件。采用精确装配定位方式进行辊铆成形后,相比手工钣金成形工艺,涡轮总成尺寸精度大幅提升,相邻叶栅之间的高度偏差降低了21.95%~44.33%、相邻叶栅之间的角度偏差降低了30.98%~45.25%。

挤压型材成形回弹量预测与补偿研究

航空挤压型材通过模具成形工艺是一种重要的飞机钣金成形工艺方法,由于通过模具成形过程存在回弹现象,使得零件成形效果存在不可控性,如何科学准确地预测回弹补偿值对于提高零件产量具有重要意义。为了有效预测航空挤压型材通过模具成形工艺过程产生的回弹,本文提供一种逆向分析挤压型材成形回弹量的方法,通过对试验零件外形与零件产品数模作对比分析,根据零件实际回弹量计算校正值,对模具的工艺数模进行迭代校正,从而使得模具成形效果达到最优。该方法可为其他种类航空钣金零件的成形回弹预测研究提供参考。

基于量纲分析法的金属板材折弯回弹数学模型

回弹是影响金属板材工件成形精度的一个非常重要因素。准确控制回弹是工件精密成形和模具设计的关键所在。针对用于修正回弹的传统试错法的不足,提出一种基于量纲分析和正交试验相结合的方法来建立金属板材折弯回弹半径数学模型。并讨论回弹数学模型的适用范围。该模型定量求解了板料回弹半径与凸模半径、板材厚度、屈服强度、弹性模量之间的非线性关系。将此应用于折弯凸模的设计制造,且用该凸模多道次渐进成形了一半椭圆形工件,它的平均误差是+0.63/-0.65mm。该制造结果表明,基于量纲分析法和正交试验法建立的板料回弹半径数学模型是合理有效的,该建模方法有助于加快模具设计进程,降低生产成本,为金属板料折弯成形及模具设计提供了一条新的途径。

材料强化模型对回弹计算模拟精度的影响

回弹是冲压不可避免的一种物理现象,不仅影响工件的尺寸精度,而且影响结构的可靠性。准确计算模拟回弹,是降低和控制回弹的前提。材料在冲压过程中经受反向加载作用,表现出与单调加载时迥然不同的力学性能,因此材料强化模型的选择是影响回弹计算模拟精度的主要因素之一。利用有限元法,对汽车车身覆盖件翻边结构冲压回弹进行计算模拟,讨论各向同性强化、随动强化和混合强化模型对计算结果的影响,并与试验结果进行比较。结果表明,各向同性强化由于没有考虑包兴格效应,导致回弹计算结果偏大;随动强化没有考虑材料快速应力应变强化作用,反向软化程度偏高,导致回弹计算结果偏小;混合强化模型既包括了包兴格效应,又考虑了材料的瞬态特性,其反映的应力应变关系与真实材料最为接近,计算的弯曲应力较为精确,回弹预测结果与试验最为接近。

基于工艺参数的渐进成形回弹量预测与控制

以圆锥凸台为研究对象,有限元软件ABAQUS为模拟平台,成形件的回弹量为研究指标,采用正交试验法分析了工具头半径、层间距、工具头速度及其之间的交互作用对回弹量的影响;基于模拟结果进行了非线性回归分析,建立了针对工艺参数的回弹量非线性预测模型。最后对该预测模型进行了实验验证,结果表明,该模拟结果与实验结果吻合,证明可通过调整工艺参数来控制渐进成形零件的回弹量,该方法对于提高板材渐近成形技术的成形质量具有重要意义。

板料弯曲回弹影响因素的有限元模拟研究

板料卸载后回弹变形对覆盖件的精度影响很大,研究回弹过程的影响因素对于板料成形过程的模具设计非常重要.基于NUMISHEET’93的U形弯曲标准考题,考虑板材与模具间的接触演变过程,建立了一个新的有限元模型来预测回弹.模拟中板材卸载过程采用模具反向运动方法.模拟结果与NUMISHEET’93的试验结果比较表明了模型的正确性和可行性.对不同的回弹影响因素研究发现,压边力、模具凹模圆角和板材厚度对回弹结果有较大影响.随着压边力的增加回弹迅速降低,但是同时板材的最小厚度也下降.板料厚度对回弹的影响大于压边力.

基于混合响应面法的滚压成型回弹角预测控制及应用

为了解决板金属滚压成型回弹角预测精度不足以及滚压成型工艺参数的选定过多依赖于经验设计的问题,提出将参数响应面法与非参数响应面法结合形成混合响应面法,利用混合响应面法对滚压成型的加工工艺参数进行优化并预测控制板金属回弹角的大小.通过混合响应面法可以分段构建板金属滚压成型回弹角预测模型,将预测模型的回弹角响应值和滚压成型实验回弹角值进行误差分析比较,两者具有良好的一致性;最后通过优化求解回弹角预测模型得到回弹角的最小值,结果表明,选用适当的成型板料弯曲内半径、过弯角可以大大减小滚压成型回弹角.

考虑接触演变的板材回弹过程建模与优化

回弹是由工件在卸载后的弹性变形引起的。板料成形过程中为了控制成形件的最终形状,必须进行回弹设计优化。准确预测回弹对于板料成形过程的模具设计非常重要。降低回弹模拟结果与试验结果的偏差是设计过程中的难题。基于NUMISHEET’02的自由弯曲标准考题考虑板材与模具间的接触演变过程,建立了一个有限元模型来预测回弹。采用一个常规的优化方法对有限元分析中的材料和单元模型进行了分析,研究发现不同模型对回弹结果有较大影响。模拟结果与参考文献中的试验结果比较表明了模型的正确性和可行性。

屈服准则和硬化模型对5052铝板回弹仿真的影响

为选择适合于5052铝合金回弹仿真的材料模型,对LS-Dyna软件中4个材料模型MAT_36、MAT_122、MAT_125和MAT_226所采用的屈服准则和硬化模型进行了分析,采用这4个模型对5052铝板U形件的回弹进行了仿真,对回弹过程中圆角区的应力释放进行了讨论.同时,进行了U形件的回弹试验,并与仿真结果进行了比较.结果表明,4个材料模型中,基于Yoshida-Uemori随动硬化模型和Barlat’89屈服准则的材料模型MAT_226具有最好的回弹预测精度,由各向同性硬化模型和Hill’48屈服准则组合的材料模型MAT_122的回弹预测结果与试验结果的偏差最大.硬化模型对回弹预测精度的影响大于屈服准则的影响.

矩形截面型材平面拉弯弹复解析和试验验证

在满足工程应用要求的平面拉弯基本假设下,构建矩形截面型材平面拉弯的力学模型。详细描述拉弯变形后型材横截面上应力应变分布的不同状态,基于双线性材料模型假设给出不同状态下应力应变的数学表达式,通过对截面应力的积分推导出应变中性层、截面弯矩与拉力和弯曲半径的关系,并给出不同应力应变分布状态的判定条件。确立矩形截面型材平面拉弯弹复问题的理论解析方法并给出拉弯弹复的规律,表述弹复后的残余半径与拉力和弯曲半径的关系。设计一种新型的拉弯试验模具并开展矩形截面型材拉弯弹复的试验研究,利用有限元分析软件ABAQUS开展基于物理试验的有限元模拟分析,物理试验和有限元分析所获得的拉弯弹复规律与理论解析结果一致,数据吻合。该研究方法为其他截面型材拉弯弹复的研究提供理论参考,研究结果具有一定工程应用价值。