板料多次彎曲成形回彈的數(shù)值模擬研究_圖文

1、板料多次彎曲成形回彈的數(shù)值模擬研究發(fā)布：2009-11-17 9:38:34  來(lái)源:模具網(wǎng)    編輯：佚名摘要：對(duì)金屬板料多次彎曲成形回彈的數(shù)值模擬方法進(jìn)行研究，分析并解決了模擬過(guò)程中出現(xiàn)的板料與模具的干涉和各次彎曲間模擬結(jié)果的數(shù)據(jù)傳遞等問(wèn)題。通過(guò)金屬板料的二次卷圓試驗(yàn)并與數(shù)值模擬結(jié)果比較模擬結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果基本相符。采用的有限元數(shù)值模擬方法可提高預(yù)測(cè)板料多次彎曲成形后回彈量的準(zhǔn)確度。關(guān)鍵詞：金屬板料；多次彎曲；回彈；數(shù)值模擬1引言  金屬板料彎曲成形后的回彈是加工中不可避免的現(xiàn)象，回彈的產(chǎn)生使得工件的彎曲精度降

2、低，為后續(xù)的裝配及其他工作帶來(lái)困難。目前對(duì)板料彎曲成形后的回彈模擬研究多集中在板料只進(jìn)行一次彎曲成形后的回彈模擬，對(duì)多次彎曲成形回彈的數(shù)值模擬研究較少。以下介紹對(duì)板料多次彎曲成形后的回彈進(jìn)行模擬研究，分析模擬中出現(xiàn)的問(wèn)題，并提出相應(yīng)的解決措施。2板料彎曲成形后回彈的數(shù)值模擬方法研究21彎曲回彈數(shù)值模擬方法      通常情況下，完整的彎曲回彈數(shù)值模擬計(jì)算包括板料彎曲成形加載過(guò)程的模擬和彎曲成形后回彈過(guò)程的模擬，有限元方法也分為動(dòng)力顯式算法和靜力隱式算法。在彎曲回彈模擬過(guò)程中應(yīng)結(jié)合沖壓成形的特點(diǎn)來(lái)選擇合適的有限元算法。靜力隱式算法雖然是一種無(wú)條件穩(wěn)定的算法

3、，但其計(jì)算過(guò)程需要構(gòu)造和求解剛度矩陣，求解非線性方程組，而且每一步迭代都要進(jìn)行接觸判斷nI對(duì)于板料彎曲成形這種包含接觸和摩擦高度非線性的過(guò)程分析，往往會(huì)出現(xiàn)迭代不收斂的情況，或即使收斂，計(jì)算時(shí)間也很長(zhǎng)。所以對(duì)于板料彎曲成形過(guò)程的模擬一般采用動(dòng)力顯式算法，以避免因迭代計(jì)算和非線性引起的收斂問(wèn)題。其有限元計(jì)算公式為：     對(duì)于彎曲回彈過(guò)程的模擬由于可以采用無(wú)模法。即在彎曲回彈模擬開(kāi)始之前，首先將模具與彎曲件分離，然后加載與彎曲成形結(jié)束狀態(tài)接觸條件相對(duì)應(yīng)的反向力學(xué)邊界條件：f=-f(f為成形結(jié)束時(shí)相對(duì)應(yīng)的節(jié)點(diǎn)接觸力，并采用增量法計(jì)算，直至所有等效節(jié)點(diǎn)外力趨

4、于零。與加載過(guò)程相比，在板料彎曲回彈過(guò)程非線性成分明顯減弱，同時(shí)在進(jìn)行板料的彎曲回彈模擬時(shí)，靜力隱式算法更接近彎曲件回彈的本質(zhì)，回彈過(guò)程的模擬更適于采用靜力隱式算法，其迭代公式如下：     研究表明，與其他方法相比，將顯式和隱式有限元算法結(jié)合起來(lái)計(jì)算回彈的方法，具有計(jì)算效率高，計(jì)算相對(duì)準(zhǔn)確的特點(diǎn)，是求解彎曲回彈問(wèn)題中使用最多的一種手段佇。22多次彎曲回彈的數(shù)值模擬  與一次彎曲成形的回彈模擬過(guò)程相比，多次彎曲回彈模擬包括2次以上的彎曲成形過(guò)程，且每一次彎曲中回彈量的影響都無(wú)法忽略，因此在多次彎曲回彈模擬中需要作多次的回彈模擬，這就使

5、得在多次彎曲模擬中采用的方法與傳統(tǒng)的有限元彎曲回彈模擬會(huì)有所不同。多次彎曲回彈模擬方法除了保留傳統(tǒng)的彎曲回彈模擬有限元方法的基本設(shè)置外，還需要根據(jù)實(shí)際情況作一些調(diào)整，而且多次彎曲成形過(guò)程也很復(fù)雜，需要作一些特殊的設(shè)置。    首先。在彎曲成形模擬過(guò)程中一般采用罰函數(shù)法模擬接觸過(guò)程，對(duì)于罰函數(shù)法而言，接觸力的施加是通過(guò)板料節(jié)點(diǎn)對(duì)模具單元的穿透罰值來(lái)實(shí)現(xiàn)的。存在板料與模具的干涉問(wèn)題。這一現(xiàn)象對(duì)于單次彎曲成形模擬一般不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，然而在多次彎曲成形的數(shù)值模擬中，由于板料變形后的厚度會(huì)發(fā)生不同程度的變化，導(dǎo)致前后次彎曲間的接觸條件發(fā)生改變。如果在計(jì)算接觸力時(shí)，罰因子依然不變可能在下

6、一次彎曲成形模擬的初始階段就會(huì)產(chǎn)生板料與模具的干涉而導(dǎo)致模擬失敗。這時(shí)可以采用減小后續(xù)次彎曲板料與模具的接觸厚度，即增大模具間隙的方法來(lái)避免板料與模具的干涉。    此外在多次彎曲回彈模擬中另一個(gè)需要注意的問(wèn)題是，傳統(tǒng)的回彈模擬只需采用顯式一隱式的求解過(guò)程即可獲得回彈結(jié)果，而在多次彎曲回彈模擬時(shí)還要將第一次彎曲的回彈結(jié)果要作為第二次彎曲的初始條件進(jìn)行顯式求解。這時(shí)由于每次彎曲回彈模擬時(shí)都要定義約束點(diǎn)，在進(jìn)行下一步彎曲成形模擬時(shí)，約束點(diǎn)的自由度由于仍被限制、無(wú)法運(yùn)動(dòng)而造成彎曲成形模擬的失敗，因此在進(jìn)行彎曲成形模擬前要對(duì)約束點(diǎn)的自由度進(jìn)行恢復(fù)。3應(yīng)用實(shí)例  

7、板料的卷圓成形一般分2個(gè)步驟完成，第1步首先把板料加工成如圖1(a所示的波浪形狀，第2步將第1步加工的工件作為坯料，完成板料的卷圓，如圖1(b所示。在2步成形過(guò)程中，工件的彎曲回彈現(xiàn)象都很明顯，因此在板料卷圓回彈的數(shù)值計(jì)算中需要考慮多次彎曲的回彈有限元模擬。    31第一次彎曲成形與回彈  首先采用Dynaform軟件的動(dòng)力顯式算法模擬板料卷圓的第一次彎曲成形過(guò)程，圖2為第一次彎曲成形的有限元模型，在本例中本構(gòu)關(guān)系采用3參數(shù)Barlat材料模型，考慮到板料卷圓的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)反向加載的情況，因此強(qiáng)化模型使用了隨動(dòng)硬化準(zhǔn)則，單元采用BT

8、殼單元，同時(shí)考慮速度放大假設(shè)和慣性效應(yīng)的影響，凸模沖壓速度定為1200mm/s。材料選用SUS304，板料長(zhǎng)度L=100mm,寬W=1256mm，厚度t=15mm.彈性模量E=207GPa，泊松比為03，硬化強(qiáng)度愚=142GPa，硬化指數(shù)=O502，摩擦因數(shù)，=020    通過(guò)第一次彎曲成形模擬得到的Dymm文件包括了板料成形結(jié)束時(shí)的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)等信息，進(jìn)行第一次彎曲回彈時(shí)需將該文件導(dǎo)入軟件中作為初始的模型。圖3為第一次彎曲成形結(jié)束時(shí)板料的應(yīng)力狀態(tài)分布。   采用靜力隱式算法對(duì)無(wú)模法分析條件下的板料第一次彎曲回彈進(jìn)行模擬，得到的板料的應(yīng)力狀

9、態(tài)如圖4所示。對(duì)比圖3、4可以看出，經(jīng)過(guò)回彈后板料的應(yīng)力狀態(tài)明顯發(fā)生變化，如果直接應(yīng)用第一次彎曲成形的結(jié)果而不考慮回彈來(lái)進(jìn)行第二次彎曲成形的回彈模擬，模擬的結(jié)果將會(huì)有很大誤差。因此，多次彎曲成形的回彈數(shù)值模擬需要在前一次彎曲的回彈模擬結(jié)果之上進(jìn)行。32第二次彎曲成形與回彈  模擬第二次彎曲成形前，首先要導(dǎo)入第一次彎曲回彈后得到的啪文件，然后導(dǎo)入第二次彎曲成形需要的模具，其他的有限元參數(shù)保持不變，建立的有限元模型如圖5所示。圖6為直接進(jìn)行數(shù)值模擬得到的應(yīng)力分布圖，從圖6可以看出，在模擬過(guò)程中板料有2個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置基本不變而且得到的結(jié)果也與實(shí)際不符，這是進(jìn)行第一次彎曲回彈模擬時(shí)，

10、為了消除板料6個(gè)方向的剛體運(yùn)動(dòng)，需要約束3個(gè)節(jié)點(diǎn)的平動(dòng)自由度所致。當(dāng)導(dǎo)入回彈的結(jié)果文件時(shí)，限制的節(jié)點(diǎn)在第二次彎曲成形時(shí)仍被約束，引起計(jì)算錯(cuò)誤。通過(guò)上述分析可知，對(duì)于多次彎曲回彈的數(shù)隹模擬，為了保證模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性，必須對(duì)上一次彎曲模擬的結(jié)果文件進(jìn)行修改，消除上一次回彈約束節(jié)點(diǎn)的影響。為了解決這一問(wèn)題，通過(guò)采用文本編輯器打開(kāi)跏ain文件，將約束節(jié)點(diǎn)的自由度值置零來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)約束節(jié)點(diǎn)的恢復(fù)，如圖7所示。     圖8為將約束節(jié)點(diǎn)恢復(fù)后得到的第二次彎曲成形應(yīng)力分布。圖9為對(duì)第二次彎曲成形的工件進(jìn)行回彈模擬得到的應(yīng)力分布。圖10為采用和數(shù)值模擬相同的工藝條件進(jìn)行彎曲試驗(yàn)得到的彎曲工件，采用三坐標(biāo)光柵測(cè)量?jī)x對(duì)獲得的圓管進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)量數(shù)據(jù)與不考慮中間彎曲回彈影響的數(shù)值模擬結(jié)果及采用多次彎曲回彈數(shù)值模擬得到的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，如圖11所示。從圖11可以看出，板料卷圓采用多次彎曲回彈模擬得到的結(jié)果在部分區(qū)域和實(shí)際值基本一致，在圓管的中部會(huì)有一定的偏差，但與忽略中間彎曲回彈影響得到的結(jié)果相比還是更接近實(shí)際值。下載 (12.39 KB3 天前 10:55 4結(jié)束語(yǔ)    回彈是金屬板料彎曲成形中必定出現(xiàn)的現(xiàn)