基于滑移约束面方法的毛坯反求技术

由于一步逆算法在用于求解坯料展开问题中,并不能得到足够准确的毛坯,其计算误差会随着变形路径的复杂程度而变大。本文提出采用多步逆算法得到较为精确的毛坯形状及应力、应变分布。多步逆算法将成形过程分成几个工步进行模拟,并通过引入滑移约束面得到中间成形形状,采用牛顿-拉费森迭代将材料坐标和全局坐标中的残余应力转换到局部坐标。将此算法应用于油底壳的拉深计算,通过对比计算结果与实验结果,两步法得到的毛坯右端与实验结果十分吻合。多步有限元逆算法进一步提高了毛坯展开尺寸及应力分布的计算精度。

基于解耦计算的多步快速成形有限元法

钣金零件是构成飞机机体和汽车车身的重要零部件。为缩短钣金件的生产周期,将有限元法用于零件设计初期评估零件的可制造性。为提高现有板料成形有限元法的计算效率,同时保证模拟精度,在一步快速成形有限元法的理论基础上,研究多步快速成形有限元法,通过引入中间构形的方式来考虑板料成形过程中加载路径与变形历史的影响。中间构形的构造是多步快速成形有限元法的关键,采用解耦思想将中间构形分解为弯曲变形和拉伸变形两个独立的过程进行计算。在弯曲变形阶段,不考虑材料的流动,根据板料与模具之间的位置关系计算获得滑移约束面;在拉伸变形阶段,材料的流动限制在滑移约束面上,通过应力平衡迭代以及节点修正后获得中间构形。以典型的钣金零件为例进行成形模拟,与现有商业有限元软件在计算精度和效率上进行对比,验证了该算法的可行性和有效性。结果表明,所提出的算法能够快速地构造出合理的中间构形,且能够准确地预测零件的成形性和厚度分布。

板料成形模拟中三维构型网格节点的运动控制

基于塑性形变理论的有限元法在板料成形快速模拟中得到了越来越广泛的应用,三维空间构型网格节点的运动控制已经成为了其中一个关键问题。在理想成形理论的基础上,提出了板料成形正向有限元法;针对零件网格节点在三维空间滑移约束面上的运动控制问题,采用三套坐标系与两种坐标转换的策略,基于节点局部坐标系建立正向有限元控制方程,然后进行Newton-Raphson迭代求解;分别运用自主开发的逆向与正向有限元程序,对一个不规则盒形件的拉深成形进行模拟。结果表明,采用三套坐标系与两种坐标转换的策略,实现了正向有限元法在板料成形快速模拟中的应用;相对于逆向有限元法,正向有限元法能够更加有效地预测零件的成形性能与外形。