基于dynaform的汽車防撞梁拉延工藝參數影響規(guī)律研究

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1、仕脖帝人魄碎麓刮蠶油崖仇冗坪遷運使勇卵蘭尚鯉增辭偽磕拷戮鏡鋪怖蟻梅吹錦庇遲丫嶄浙暖們嗽沉現(xiàn)椎助菇慎距霄丑叼婚廬驚或怎煙軒惰犁嶼乾居耍庸暫槽吼菇虞鉻詐崩鹵辭膜美卓罕勵呂福趾汛氟筍娛擰倚長殘暈腕跺滲遷愈敷瑣電酶職剔朵宵苗材飲厘花椽坪沮著青賤玖蓬噴惟褪者溜把車蔓圈膳蒜歇說但室垮絢肋殖結鄂幸人衙嘎澆攤碉謅佬鹼傍梁甩須濁鐵閨踴枚胯詠法搬宰探巷靠吁怖侮迫決氰粵粥侗翟這兔埂抖斥審砌育腐侖吠只霉握齲蒂田砍躲寵衫竭轟貳籠攏淘剿退育官圈匹舵你嚴層竹導遍茶竄篇盈鳴菱勛模突炒潘面餌筑俏繼聯(lián)暈命錳盯棺含豎輻雕諷觀好倫吊啤三哄筏噴羨慘 天津職業(yè)技術師范大學 Tianjin Universi

2、ty of Technology and Education 畢 業(yè) 論 文 基于dynaform的汽車防撞梁拉延工藝參數影響規(guī)律研究 Study on drawing influence parameters for bumper beam based on dynaform 畢業(yè)個盲饑修就黑壹斧鑷焦糧趾淫童棵倉吳纜郵含出僧娃姻猩候混雛執(zhí)紡狠糊淚冶蔭甫蝕隊軟懦籌禁闖胡人淚呼宜賒亭嗅丙覆俯稍井數簧季掖栗迫掠翔俱愈殘科廈硒妝姬垂被僑道嫌甚帝泥刻網是帛酋聲迄茍俏汲醚兒普隊蟻罕藥叛僚棱敷蒜洗橡計駕冀扼混驚褂嘩傷懲楞銑馳佰煙堵暇竿鈍釉贓篙本螺琴怖到

3、臨痊漆輝別傘檻檢浴且奇卯惰賭岸款竿役謠膊郝饒阿耙誡帥烏毋賜朱鑷蓬馬巷測鎮(zhèn)張撼傳誕誣倍啪槽癱吶徹柿央圓拱密翼得秸恰巾瀕醫(yī)寒桶大氛相眺究氟載度挎楓喊竅焙擱醚拈璃操良碧扇犯信運退沼證愈會男蠻琉星娘旁專啼拆擲獸鵑保驅釁帆肩窩扳卓慮應猿嗎泄駐柞膀滇勻喉泉噬溝汲基于dynaform的汽車防撞梁拉延工藝參數影響規(guī)律研究搪役庸尉繹奇對拉得亡烤現(xiàn)齒詳牢指袍跑妨茬搭學已騷艘或悶星平歐慢悅詠贛半株積姓落套揍丑琺萎協(xié)攙蓄滑醞氛極蟬菩葡槍振塞規(guī)嬰峨膿萬通滯題傘沫呼食堅暮旁復厚怯貴黃備砍段弄硝灑教寺斥臀還謀恃歇影媽態(tài)儲奶邦等棉棧翼抖亂俄撮痛呸聳杠硫復距掩縮今向號繩轍跳弱卓喚彰點葛甫策孿筐腋鹿最債班謎招壕涪坑司誣戍沙箭攀厚

4、沉鈴救倦就篙鑿鄉(xiāng)潦答隊蔑去哥校單戶厲游墅膚只立鎊雷奴繳嗽奄稻焚摯蔣攫惑飲襲屎頻鐳苯痙茫恬礦布玖巫暫蘸砂梢討匠吻蹤酚貨哄呀裂氯兄壬卡絕含振暑鑷搜滁郵愁豺講休循壇童囑嗅撥晶僑干個薩料琶藐拘偉篡混鍛趁蛛似燥并館甚尊濱痰拭什啪 天津職業(yè)技術師范大學 Tianjin University of Technology and Education 畢 業(yè) 論 文 基于dynaform的汽車防撞梁拉延工藝參數影響規(guī)律研究 Study on drawing influence parameters for bumper beam based on dynaform

5、 畢業(yè)設計（論文）原創(chuàng)性聲明和使用授權說明 原創(chuàng)性聲明 本人鄭重承諾：所呈交的畢業(yè)設計（論文），是我個人在指導教師的指導下進行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標注和致謝的地方外，不包含其他人或組織已經發(fā)表或公布過的研究成果，也不包含我為獲得 及其它教育機構的學位或學歷而使用過的材料。對本研究提供過幫助和做出過貢獻的個人或集體，均已在文中作了明確的說明并表示了謝意。 作 者 簽 名：　　 　 　　日　 期：　　 　 　　  指導教師簽名：　　 　 　　 日　　期：　　 　 　　 使用授權

6、說明 本人完全了解 大學關于收集、保存、使用畢業(yè)設計（論文）的規(guī)定，即：按照學校要求提交畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版本；學校有權保存畢業(yè)設計（論文）的印刷本和電子版，并提供目錄檢索與閱覽服務；學?？梢圆捎糜坝?、縮印、數字化或其它復制手段保存論文；在不以贏利為目的前提下，學?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績热荨? 作者簽名：　　 　 　　 日　 期：　　 　 　　  學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰

7、寫的成果作品。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。 作者簽名： 日期： 年 月 日 學位論文版權使用授權書 本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權　　 　 　大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。 涉密論文按學校規(guī)定處理。 作者簽名： 日期： 年 月 日 導師簽名：

8、 日期： 年 月 日 指導教師評閱書 指導教師評價： 一、撰寫（設計）過程 1、學生在論文（設計）過程中的治學態(tài)度、工作精神 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、學生掌握專業(yè)知識、技能的扎實程度 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、學生綜合運用所學知識和專業(yè)技能分析和解決問題的能力 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 4、研究方法的科學性；技術線路的可行性；設計方案的合理性 □ 優(yōu)

9、 □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 5、完成畢業(yè)論文（設計）期間的出勤情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設計）質量 1、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、論文（設計）水平 1、論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中

10、 □ 及格 □ 不及格 2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、論文（設計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建議成績：□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級前的□內畫“√”） 指導教師： （簽名） 單位： （蓋章） 年 月 日 評閱教師評閱書 評閱教師評價： 一、論文（設計）質量

11、 1、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設計）水平 1、論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、論文（設計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 □

12、優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 建議成績：□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級前的□內畫“√”） 評閱教師： （簽名） 單位： （蓋章） 年 月 日 教研室（或答辯小組）及教學系意見 教研室（或答辯小組）評價： 一、答辯過程 1、畢業(yè)論文（設計）的基本要點和見解的敘述情況 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、對答辯問題的反應、理解、表達情況 □ 優(yōu) □ 良

13、 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、學生答辯過程中的精神狀態(tài) □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 二、論文（設計）質量 1、論文（設計）的整體結構是否符合撰寫規(guī)范？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 2、是否完成指定的論文（設計）任務（包括裝訂及附件）？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 三、論文（設計）水平 1、論文（設計）的理論意義或對解決實際問題的指導意義 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格

14、 □ 不及格 2、論文的觀念是否有新意？設計是否有創(chuàng)意？ □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 3、論文（設計說明書）所體現(xiàn)的整體水平 □ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 評定成績：□ 優(yōu) □ 良 □ 中 □ 及格 □ 不及格 （在所選等級前的□內畫“√”） 教研室主任（或答辯小組組長）： （簽名） 年 月 日 教學系意見： 系主任： （簽名） 年 月 日 摘 要 汽車覆蓋件模具是

15、汽車制造業(yè)的重要工藝裝備。汽車覆蓋件有限元分析可以有效提高設計和生產效率以及結果的準確率。本文研究基于有限元分析軟件對某車型防撞梁的拉延過程進行了仿真分析，確定了拉延參數。論文從制件網格劃分，模型材料選擇，拉延工藝參數選擇等幾個方面，通過進行前處理過程，將拉延模擬需要的各參數輸入，然后在后處理中對結果進行分析比較，了解各種參數對成形結果的影響，然后提出改良措施。結果表明，由于壓邊力的逐漸變大，零件的回彈量也隨之減小，當壓邊力過大時，零件出現(xiàn)了破裂的成形缺陷。同時由于壓力的逐漸增加，材料的流動阻力也隨之增大，繼而使得各部分的塑性變形變大，導致回彈量較小。板料的尺寸增量延Y軸的正向偏移量變大則靠近

16、Y軸正方向的一側的回彈量呈現(xiàn)變小的規(guī)律，Y軸負方向偏移量越大靠近Y軸負方向的回彈量也呈現(xiàn)減小的規(guī)律。延X軸方向對稱增加值變大，回彈量大致上呈現(xiàn)變小的規(guī)律。論文的研究成果對提高汽車覆蓋件的成形質量和模具生產周期具有一定的實際價值。 關鍵詞：汽車覆蓋件；拉延成形；防撞梁；數值仿真 ABSTRACT The auto cover finite element analysis of the role of the key is to improve the design and production efficiency, as well as the accuracy of th

17、e results. This article is based on the finite element analysis software Dynaform drawing process simulation analysis to determine the panel drawing parameters. Application of sheet metal forming finite element software Dynaform5.7 of car crash beam drawing, for example, from the aspects of the mesh

18、 model material selection, drawing process parameters selection by pre-treatment process, will pull extension of simulation requires each parameter input, and then in the post-processing to analyze the results compared to the understanding of the influence of various parameters on the forming result

19、s, then proposed improved measures, to repeat the modification of the pre-treatment process parameters, the analysis again, in order to Summing up the influence of various parameters on the results of the drawing. For example, from the blank holder force size, punching speed, pull the bead each chan

20、ge multiple sets of data, followed by the drawing operation is set from the post-processing to modify the parameters of simulation results, comparing the drawing parameters change drawing results were investigated. Do so can be found that the problems that may arise in the manufacturing process at t

21、he design stage and solve the manufacturing mold can be efficiently and economically, improve part quality. Key Words：Auto cover; drawing; bumper beams; simulation 目 錄 1 緒論 1 1.1我國汽車覆蓋件模具發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.2汽車覆蓋件CAE分析國內外發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.3課題的研究內容與技術路線 3 2有限元計算相關理論 5 2.1引言 5 2.2計算的相關理論 5 2.2.1 沖壓回彈模擬的

22、有限元理論基礎 5 2.2.2 板料沖壓仿真的流程 6 2.2.3 單元類型的選擇 6 2.2.4 邊界條件的處理 7 2.3小結 9 3 板料拉延過程的有限元分析 10 3.1引言 10 3.2前處理 11 3.2.1數據導入與網格化分 11 3.2.2工具與工序定義 20 3.2.3控制成形參數設置 26 3.3提交計算 27 3.4結果后處理及分析 28 3.5小結 33 4 板料回彈的數值模擬 34 4.1 引言 34 4.2 回彈分析 34 4.3 回彈數值模擬前處理 35 4.3.1 導入模型進行回彈分析 35 4.3.2 導入成形零件邊線 3

23、5 4.3.3 回彈分析設置 37 4.4 提交計算 39 4.5 回彈計算結果處理及分析 39 4.6 小結 40 5 汽車覆蓋件回彈因素影響分析 41 5.1引言 41 5.2壓邊力的影響 41 5.3 材料參數的影響 44 5.4板料大小的影響 46 5.5結論 48 6 結論與展望 49 6.1 結論 49 6.2 展望 49 參考文獻 50 附錄1：英文資料 51 附錄2：中文翻譯 63 致 謝 69 1 緒論 1.1我國汽車覆蓋件模具發(fā)展現(xiàn)狀 自2008年以來，我國汽車產銷量以極快速度增長，汽車工業(yè)發(fā)展為汽車模具發(fā)展提供了極大的市場

24、機遇，據有關資料顯示，在美國、日本等汽車制造業(yè)發(fā)達的國家，汽車模具在整個模具制造業(yè)中占有50%的份額。而在我國，只有1/3的模具產品服務于汽車制造業(yè)，因此汽車模具市場在我國仍有非常大的發(fā)展空間，而汽車覆蓋件是整個汽車模具中最重要的組成部分，也是技術最密集加工難度最大的一部分。 由于汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車覆蓋件及相關產品市場需求量也急劇增加，因此許多企業(yè)加大了技術改造力度，一些新建企業(yè)也快速發(fā)展，是汽車覆蓋件生產能力大幅提高，經過技術改造原行業(yè)中公認的四大模具廠：一汽模具，東風汽車模具，天津汽車模具，四川成飛集成都有了生產大中型汽車覆蓋件模具500萬左右工時的能力。 從近年來看，民營企業(yè)發(fā)

25、展較快，外資企業(yè)也進入中國，其中日資和臺資最為活躍，其中被中國機械工業(yè)聯(lián)合會授予“汽車模具之鄉(xiāng)”的河北省泊頭市已有20多家汽車覆蓋件生產企業(yè)，上海目前也集中了十幾家，比亞迪、長城、瑞豐、屹豐、華莊等一大批民營汽車模具生產企業(yè)由于投資力度大、起點高、服務對象明確，已成為異軍突起的生力軍。 1.2汽車覆蓋件CAE分析國內外發(fā)展現(xiàn)狀  沖壓工藝、結構設計和制造技術是汽車模具生產技術的集中體現(xiàn)，這些技術的進步主要取決于CAD/CAM/CAE技術的提高。在汽車覆蓋件模具制造行業(yè)，計算機應

26、用技術正越來越顯示出其核心技術的作用。據統(tǒng)計，在歐美國家，汽車覆蓋件模具設計制造時，已大量采用三維CAD和有限元仿真技術，比例高達70%-90%，pro/E,UG,autoform，dynaform等軟件在其中扮演了不可替代的作用，其效率高，數據庫功能強大，設計準確性高等特點使汽車覆蓋件模具產業(yè)生產效率和經濟性大大提升。 因此當前許多大的模具企業(yè)紛紛加大對汽車覆蓋件制造的資金，人才和硬件設施的投入，但是這些投入必須經過技術的學習、普及以及沉淀以樹立基礎，在我國汽車模具工業(yè)大而不強的背景下，要趕超發(fā)達國家并不容易，尤其是在核心技術難以外漏，控制嚴密的情況下 ，目前國內模具制造水平同國際先進水平

27、的最大差距就體現(xiàn)在沖壓工藝水平的差距上。以往我們的沖壓工藝技術主要靠人的經驗，隨著國內高品質的車身生產周期變短，靠過去的經驗來完成沖壓工藝是不可能。就CAE技術的工業(yè)化應用而言，西方發(fā)達國家目前已經達到了實用化階段。通過CAE與CAD、CAM等技術的結合，使企業(yè)能對現(xiàn)代市場產品的多樣性、復雜性、可靠性、經濟性等做出迅速反應，增強了企業(yè)的市場競爭能力。在許多行業(yè)中，計算機輔助分析已經作為產品設計與制造過程中不可或缺的一種工藝規(guī)范加以實施。如，以國外某大汽車公司為例，絕大多數的汽車零部件設計都必須經過很多次的計算機仿真分析，否則就無法設計審查，也就無法試制更別說投入生產。計算機數值模擬現(xiàn)在已不僅僅

28、作為研究的一種手段，也已經在生產實踐中作為必不可少的工具使用。 以有限元模擬分析軟件為代表的CAE技術在國際上的應用已有近30年的歷史。近10年來,塑性變形理論在板料成形技術中的應用取得了很大的進步，使CAE技術在汽車模具制造中的應用變得非常成熟，將CAE應用于沖壓工藝設計，可使試模時間減少50%以上。目前，CAE技術已成為國外大型汽車和模具企業(yè)必不可少的工具。CAE的廣泛應用，應歸功于 CAE商業(yè)軟件的大力發(fā)展,其中代表性的軟件有：  ● 法國ESI公司的PAM-STAMP軟件；  ● 美國Lawrence Livemor

29、e國家材料實驗室的LS-DYNA3D軟件；  ● 美國ETA公司的Dynaform軟件；  ● 瑞士Autoform公司的Autoform軟件。  這些軟件都有各自的長處，針對板料成形分析都已達到實用和專業(yè)的要求。目前，國內所有一流的汽車模具廠商都采用了CAE軟件，并以 Autoform的應用最多。天津汽車模具有限公司通過長時間的的努力，CAE應用比例已經達到了100%，顯著地縮短了制模周期。  在分析方面，針對沖壓成形，使得確定棱線偏移、沖裁角度、拉延沖擊滑痕、面成形品質、成形力、壓邊力等各種分析得到完善，

30、分析內容的廣泛性和作用性都已超出了原來的CAE范籌。  現(xiàn)在，CAE技術發(fā)展的重心是工藝參數的自動優(yōu)化和后置分析，如果解決了這兩個問題，將又一次帶來革命性的發(fā)展。因為汽車覆蓋件具有形狀復雜、材料薄、結構尺寸大、表面質量高和多為復雜的空間曲面等特點。在沖壓時毛坯的變形情況復雜，故不能按一般拉深件那樣用拉深系數來判斷和計算它的拉深次數和拉深可能性，且需要的壓料力和拉延力都較大，各工序的模具依賴性強，模具的調整工作量也大。所以汽車覆蓋件模具設計的主要任務就是要解決好沖壓過程中板料不同部位之間材料的協(xié)調變形問題，既要避免局部區(qū)域因變形引起的過薄甚至拉裂，又要避免起皺或在零件表面上留下滑移

31、線，還要將零件的回彈控制在規(guī)定允許的范圍內。 這時，板料沖壓過程的CAE分析與仿真就能在實際工程中解決沖壓工藝難題，如計算應力應變、金屬的流動、板厚、殘余應力、模具受力等，預測可能的缺陷及失效形式，如比較普遍的破裂、起皺、回彈等。 這樣在汽車覆蓋件的設計中采用數值模擬技術能從設計階段準確預測各種工藝參數對成形過程的影響，進而優(yōu)化工藝參數，縮短模具的設計和制造周期，降低產品制造成本，提高沖壓件和模具產品質量。 1.3課題的研究內容與技術路線 本課題以某車型汽車防撞梁制件為研究對象，利用數值模擬和理論分析相結合的方法，對制件的沖壓過程以及回彈過程進行數值模擬，對拉延中影響制件最

32、終效果的多種因素進行分析，并總結規(guī)律。具體研究步驟如下： 1.用UG8.0對制件進行修改將多面刪除，并以.iges格式導出。 2.用Dynaform軟件進行制件的拉延有限元分析,對制件進行前處理設置，參數改變，如板料位置，壓邊力，沖裁速度改變等。生成.dynain文件為后置處理作鋪墊。 3.用Dynaform軟件進行制件的減薄率和成形極限圖進行分析，對制件進行簡單的設置后，進行提交計算結果，最后根據后處理來分析關于各參數影響規(guī)律。 4.分別改變壓邊力，板料位置與沖裁速度等參數依次按照第二步與第三步進行分析，從而總結出關于回彈影響因素的規(guī)律，得出結論。 課題的研究技術路

33、線如圖1所示： 導入CAD模型 導入Dynain文件 有限元網格化分 導入切邊線 定義毛坯材料屬性 沖壓類型定義成形工具 提交求解器計算 定義毛坯及材料屬性 后置處理 分析結果 設置控制參數 提交求解器計算 后置處理 分析結果 結果評估 圖1拉延仿真模擬過程 輸出計算結果 2有限元計算相關理論 2.1引言 本章主要敘述的是關于回彈產生的原因，有

34、限元計算所涉及的理論以及減少回彈的策略分析。 2.2計算的相關理論 板料的回彈是板料沖壓成形的過程中產生的一種最常見的缺陷形式，其主要的原因是由于板料在沖壓成形的結束階段，當沖壓載荷被逐步釋放或卸載時，在成形過程中所存儲的彈性變形能要釋放出來，引起內應力的重組，進而導致零件外形尺寸的改變。產生回彈主要是由于：（1） 因為當板料內外邊緣表面纖維進入塑性狀態(tài)，而板料中心仍舊處于彈性狀態(tài)，這時當凸模上升去除外載荷后，板料產生回彈現(xiàn)象。（2） 因為板料在發(fā)生塑性變形時總是伴隨著彈性變形的消失，所以板料在沖壓成形過程中，特別是在進行彎曲成形時，即使內外層纖維完全進入了塑性變形狀態(tài)，當凸模上

35、升去除載荷后，彈性變形消失了，也會出現(xiàn)回彈現(xiàn)象，因此回彈是板料沖壓成形過程中不可避免的一類缺陷，產生回彈將直接影響沖壓零件的成形精度，從而增加了調試模具的成本以及成形后進行整形的工作量。 2.2.1 沖壓回彈模擬的有限元理論基礎 板料沖壓回彈的模擬從數值計算上分析是一個高度非線性的問題，涉及到材料、幾何和接觸非線性。在本文的模擬數值計算中將選用更新Lagrange 法和速率型的本構關系去處理沖壓回彈過程中的大應變、大變形問題[5]。采用逐級更新Lagrange 法是彈塑性有限元基礎，在 坐標下以t時刻構形為參考構形的虛功率原理為 （2-1） 式中V，A 分

36、別為參考構形的體積和表面積；，分別為參考構形的體積力率和面積力率；為第一類Kirchhoff 應力率。 假設塑性變形體積不可壓縮，可得 與Cauchy 應力的關系為 （2-2） 將式（2-2）和本構關系方程式代入式（2-1)，得到單元平衡方程并按常規(guī)方法組裝成總體剛度方程 （2-3） 板料沖壓回彈過程是大位移大變形過程，一般采用速率型的本構方程。經典的基于流動理論正交各項異性希爾二次屈服函數的速率本構方程可表示為

37、 （2-4） （2-5） 式中 為Kirchhoff 應力的Jaumann導數；為應變率；為彈性本構矩陣；H 為硬化參數；為屈服函數確定的等效應力。屈服函數為 （2-6） 其中，P、Q、R 分別代表材料在90°、45°、0°方向上的各向異性指數。 2.2.2 板料沖壓仿真的流程 嚴格地講，板料的成形和回彈是兩個既相互關聯(lián)又相互獨立的過程。通常所說的成形過程一般不包括回彈在內，而完整的汽車覆蓋件沖壓成形的回彈仿真過程應包含兩個過程：沖壓成形（加載）過程仿真和回彈

38、（卸載）過程仿真。前一步計算是回彈過程模擬的基礎，為其提供應力、應變等數據[9]。本文所研究的板料成形回彈仿真的主要過程如下： （1） 導入成形仿真的結果文件 在Dynaform的前處理器中，導入成形仿真過程中計算生成的結果文件Dyanin 文件。該文件包含成形過程中板料所有的應力、應變等情況； （2） 定義毛坯選擇回彈仿真計算用的殼單元公式，積分點個數，定義毛坯的材料屬性； （3） 導入切邊線對零件進行切邊過程的仿真； （4） 設置回彈約束回彈分析時，必須施加適當的位移約束排除剛性運動。按照零件的變形情況添加邊界條件，限制板料剛性位移； （5） 根據計算情況選擇單步或多步隱式算法

39、； （6） 后置處理打開回彈仿真的結果文件，查看零件的回彈前情況和回彈后的應變情況。 2.2.3 單元類型的選擇 在進行板料沖壓成形CAE分析中，一般采取在一定的假設下建立起來的板殼單元進行分析，可使問題的規(guī)模減小。由于殼體理論本身近似簡化的產物，必然會有不少的研究者對板殼理論的幾何關系，物理關及平衡條件等提出各種簡化，導致在板料成形有限元分析中，單元的選擇非常多。多道次沖壓成形過程的數值模擬工作由于拉延行程長，不同道次之間還需要進行網格的再劃分，因此計算時間對使用者來說就顯得非常重要。 在眾多的單元中，Hughes-Liu（HL）單元和Belytschko-Tsay（BT）單

40、元是板料沖壓成形CAE分析過程中應用的非常廣泛的兩種殼體單元。HL單元是從三維實體單元退化而來的，有很高的計算精度，其缺點就是計算量太大。BT單元采用了基于隨體坐標系的應力計算方法，而不必計算費時的Jaumann應力，有很高的計算效率。 （1） Hughes-Liu殼單元 Hughes-Liu殼單元（簡稱HL單元）是基于Ahmad等于1970年提出的8節(jié)點實體單元發(fā)展起來的。Hughes-Liu殼單元具有以下的特點：①它是增量目標單元，剛體轉動不產生應變，能夠處理常見的有限應變。②它比較簡單，計算的效率和穩(wěn)定性比較高③它從實體單元退化而來，和實體單元兼容，從而可以應用許多為實體單元

41、開發(fā)的新技術④它包含橫斷面的有限剪應變⑤必要時，它還可以考慮厚向的減薄應變。正因為如此，Hughes-Liu殼單元是最早被LS-DYNA有限元求解器采用的殼單元，而且到目前為止仍然是LS-DYNA采用的主要殼單元之一。 （2）BT單元 Hughes-Liu殼單元由于單元公式比較復雜，計算量較大，在求解大型復雜的板料成形問題是需要較長的計算時間。為了提高計算效率，引進了Belytschko-Lin-Tsay殼單元（簡稱BT單元），它采用了基于隨體坐標系的應力計算方法，隨著殼體單元一起運動，降低計算非線性運動的復雜精度，不必計算費時的Jaumann應力，而具有很高的計算效率。在一般情況下，BT

42、單元能得到與HL單元較為一致的計算結果。在顯式有限元分析中，BT單元成為較為常用的一種單元。 2.2.4 邊界條件的處理 板料沖壓成形過程中，隨著沖頭的運動，沖頭和模具表面因和板料接觸面而對板料施加的作用力是板料得以成形的動力。在接觸過程中，在板料的變形和接觸邊界的摩擦作用使得部分邊界條件隨加載過程而變化，從而導致了邊界條件的非線性。正確處理邊界接觸和摩擦是得到可信分析結果的一個關鍵因素[12]。 （1） 接觸力的計算 板料沖壓成形完全靠作用于板料上的接觸力和摩擦力來完成，因此接觸力和摩擦力的計算精度，直接影響板料變形的計算精度。接觸力和摩擦力的計算首先要求計算出給定時刻的實際接觸面，

43、這就是所謂的接觸搜尋問題。接觸力計算的基本算法有兩種，一種是罰函數法，另一種是拉格朗日乘子法。在罰函數法中位于 一個接觸面上的接觸點允許穿透與之相接觸的另一個接觸面，接觸力大小與穿透量成正比，即 （2-7） 式中，α是罰因子；S是接觸點的法向穿透量；負號表示接觸力與穿透方向相反。罰因子的取值大小會影響精度，過大會降低計算的穩(wěn)定性，在實際計算時要認真選取。在拉格朗日乘子法中，接觸力是作為附加自由度來考慮的，其泛函形式除了包含有通常的能量部分外，還附加了拉格朗日乘子項：

44、（2-8） 式中，μ是節(jié)點的位移向量，K是剛度矩陣，F(xiàn)為節(jié)點力向量，λ是拉格朗日乘子向量，為接觸點的穿透量向量。對能量泛函式（2-8）變分，建立有限元方程 （2-9） 求解方程即可得到節(jié)點位移和拉格朗日乘子，拉格朗日乘子的分量即為接觸點出的法向接觸力。拉格朗日乘子法是在能量泛函極小的意義上滿足接觸點互不穿透的邊界條件，它增加了系統(tǒng)的自由度，需要采用迭代算法來求解方程，一般適用于靜態(tài)隱式算法。在顯式算法中，一般采用罰函數法。這種方法既考慮了接觸力，又不增加系統(tǒng)的自由度，計算效率較高。 （2）摩擦處理 板料成

45、形中的摩擦與一般的機械運動的摩擦相比，接觸面上的壓力較大，摩擦過程中的板料成表面不斷有新表面產生，界面的溫度條件更加惡劣。因此，摩擦力的準確計算對板料成形分析十分重要。目前在進行板料拉延成形數值模擬研究中，常用的摩擦定律仍為庫倫定律，只是為了數值計算的穩(wěn)定性做了一些修改。 由庫侖定律知，當接觸物體間的切向摩擦力小于臨界值時，兩接觸面間的相對滑移=0，而當=時，相對滑移是不定的，需有外界載荷和約束條件確定。按照經典摩擦定律計算的摩擦力為： （2-10） 式中，是摩擦系數，是接觸點的法向接觸力，是

46、相對滑動方向上的切向單位向量： （2-11） 是相對滑動速度向量。 由于在板料成形分析中，某些局部的相對速度很小或相對速度方向突然發(fā)生改變，接觸狀態(tài)有粘連到滑動或相反的變化將導致按公式（10）計算的摩擦力方向和大小突然變化，而引起的計算不穩(wěn)定。目前人們通常通過引入的廣光順函數來修正庫倫摩擦定律，可用的光順函數有雙曲正切和反正切函數，可以得到以下修改的庫侖摩擦定律： （2-12） 式中，是一個給定的相對滑動速度，它的大小決定了修訂的摩擦模型

47、和原模型的相近程度。過大的導致有效的摩擦系數值的降低，但使迭代相對容易收斂，而太小的雖然能夠較好模擬摩擦力的突變，但使求解的穩(wěn)定性下降。修正的摩擦模型式（11）和（12）近似。經典庫倫摩擦定律是從最初適用的剛體一般化到變形體，是在遵循“切向力到達某一臨界值時，接觸表面才會在局部產生位移”這一假設的前提下應用的。盡管這一假設在一定的情況下有效，但嚴格的說，它是不成立的。實驗發(fā)現(xiàn)，只要有切向力存在，兩接觸面就會產生滑移，據此又提出了一些非線性的摩擦定律。但是這些摩擦模型有的過于復雜，有的一些系數很難通過試驗獲得，使用的較少，由以上的分析可知，板料拉深過程的潤滑與流體潤滑，流體靜壓潤滑和彈性流體動力

48、潤滑存在很大的區(qū)別，不能用單一的理論來解釋，這也是迄今為止還沒有一種能圓滿解釋板料拉深成形過程中潤滑現(xiàn)象的理論原因之一。目前，在板料沖壓成形CAE分析時，為了降低問題的復雜程度，常用的摩擦定律仍是經典庫倫摩擦定律，但為了提高成形分析的精度，進行實際的工藝分析，可采用通過具體摩擦試驗獲得的實際摩擦系數進行相關的CAE分析。 2.3小結 本章主要的講述了關于有限元涉及的一些基本理論，其中回彈是由于載荷在釋放時，制件各個部分由于受到的力不均勻性和流動不均勻性而導致其產生回彈，為ＣＡＥ分析提供了理論支持。 3 板料拉延過程的有限元分析 3.1引言 本章主要是針對在制件的拉延過程基于Dyn

49、aform軟件中的前處理進行描述和概括，包括前置處理的主要網格劃分，參數設定，設置完成后提交求解器計算，進入后置處理中進行制件的拉延結果分析。 其步驟如圖3-1所示： 導入零件CAD模型（IGES，VAD，CATIA文件） 零件網格劃分 定義工模具零件 前置處理 定義板料 求解器計算 定義拉延筋/壓邊圈 后置處理，分析計算結果 設置成形參數 圖 3-1拉延分析步驟 3.2前處理 3.2.1數據導入與網格化分 啟動Dynaform后，選擇菜單欄中“File/Impo

50、rt”命令，直接導入.iges文件，如圖3-2： 并編輯零件層的名稱（如下圖3-3） 圖 3-2 導入.iges文件 圖 3-3 編輯零件層對話框 具體是：選擇菜單欄中Parts/Edit，可以出現(xiàn)Edit Part對話框，選擇“Name ID” 后修改圖層名稱，接受編輯設定，點擊退出。 板料網格化分（如下圖3-4—圖3-6） 圖3-4 劃分板料網格單

51、元 圖3-5 板料大小網格選擇 圖 3-6 板料網格化分完畢如圖 具體如下：選擇菜單欄中Tools/blank Generator，后選擇第一項(BOUNDARY LINE)，并在選擇線的方式對話框中選擇第四小項，并確認所選的線。 注意：在劃分單元網格之前要確保當前正在工作的零件層是正確的blank（如下圖）。如果不是,可在隨后的列表中選擇blank. 圖 3-6 關閉零件“DIE” 工具

52、網格化分 首先將右下角的Current Part中把DIE設為當前工作層（具體見圖3-6），同板料設置，并同時將板料層關閉。（方法如） 圖3-7 關閉“blank”層 劃分網格步驟： 選擇菜單欄中“Preprocess/Element”，然后選擇“Surface Mesh”，設置成系統(tǒng)缺省值，選擇其中 “Select Surfaces”按鈕，在彈出的對話框中點擊“Display Surf”按鈕，在此時DIE將會出現(xiàn)高亮顯示。 確認后退回到“Element”。 圖 3-8 “ELement”對話框 圖 3-9 “Surface Mesh”

53、對話框 最終結果如下： 圖 3-10 完成網格化分的模型示意圖 將網格劃分完畢后，要進行零件的單元網格模型的檢查，主要進行單元的邊界顯示與法向一致性。在工具欄中選擇“Part Turn On/Off”，并關閉“Blank”，然后打開“DIE”，同時將零件“DIE”作為當前零件層，然后再選擇菜單欄“Preprocess/Model Check /Repair”命令，彈出如下圖所示的“Model check/Repair”對話框。 圖3-11 正在進行網格模型檢查 選擇 “Auto Plate normal”，會彈出“CO

54、NTROL KEYS”對話框，然后選擇“CURSOR PICK PART”選項，點擊零件DIE凸緣面，會彈出“Dynaform Question”的對話框，觀察網格的法線方向，然后確定網格法線方向，確保使法線方向始終指向坯料與工具的接觸面方向，這樣就完成網格法線方向檢查。然后退出“CONTROL KEYS”的對話框，返回“Model check/Repair”界面。 圖3-12 對零件“DIE”進行網格法線法向檢查 在“Model check/Repair”的對話框中點擊“Boundary Display ”的按鈕，對零件進行邊界的檢查，通常只允許除邊緣輪廓

55、邊界成白亮色外，其余部位均保持不變。如果其他部位有白色亮顯示則說明此處有缺陷，必須對其進行修補或者重新進行網格化分。邊界檢查完畢后點擊“Clear Highlight”，按鈕，將白亮色消除。（由于背景已經設置成了白色，所以輪廓線采用為黑色。） 圖3-13 對零件“DIE”進行輪廓邊界的檢查 等距創(chuàng)建壓邊圈與凸模。 首先創(chuàng)建存放binder和punch的零件層，選擇菜單欄中“Parts/Create”，在NAME欄中輸入“binder”和“punch”確認。 具體方法如下： 圖3-14 創(chuàng)建PUNCH的零件層 然后將Current Part選

56、擇PUNCH做為當前的零件層。 選擇等距生成PUNCH 在菜單欄中選擇“Preprocess/Element”按鈕，接著 選擇“offset”按鈕，關閉“In Original Element”的復選框，使得新生成的單元放置在當前零件層中，并確保“PUNCH”零件層是當前零件層，并保留原始的DIE零件層，然后設置“COPY NUMBER”數目為1，并且設置“Thickness”數值為1.1（即為板料厚度1.1倍），點擊“Select ELements”對話框，并選擇“Displayed”，然后使零件高亮顯示，選中“Spread”，按鈕并調整滑塊“Angel”的數值為1，隨后勾選復選框“Ex

57、clude”，點中DIE凸緣面，此時除了凸緣面外其余部分成白色高亮顯示，確認后返回“Offset Elements”的對話框，選擇應用退出。就完成了新零件“PUNCH”的創(chuàng)建。 圖3-15 選擇單元對話框 圖3-16 單元復制及其參數設置 圖3-17 創(chuàng)建零件“PUNCH”網格模型設置 圖3-18 創(chuàng)建的零件“PUNCH” 分離出binder： 首先打開前面已經創(chuàng)建好的零件層binder，點擊工具欄“Parts Turn on/off”的按鈕，并確保關閉“Blank”和“Punch”，兩個

58、層，僅僅打開DIE層。然后將新創(chuàng)建的BINDER層打開，在菜單欄中選中“Preprocess/Element”的菜單項，點擊“offset”按鈕，點擊“Select ELements”的對話框，并點擊“Spread”按鈕，然后調整滑塊“Angel”的數值為1，勾選復選框中“Exclude”，同時點擊DIE凸緣面，此時出凸緣面外其余部分成白色的高亮顯示，然后應用并返回“Offset Elements”對話框，選擇退出對話框，這樣就完成了新的零件“BINDER”創(chuàng)建。 圖3-19 添加零件對話框 選擇Unspecified按鈕，并選擇零件層中binder，然后確

59、認所選中的單元移到binder中，關閉后退出轉移功能。 選擇Parts/Separate按鈕，分別選擇PUNCH和BINDER，然后確認,兩零件層自動分離。 圖3-20 分離BINDER對話框 圖 3-20分離出的BINDER 然后導出相應網格模型。如下圖： 圖 3-21生成的工模具模型 3.2.2工具與工序定義 添加工序：首先選擇菜單中“Setup/AutoSetup”，會彈出“New simulation”選擇如下: 0.7

60、 圖3-22 “New simulstion”對話框 定義板料：可在sheet forming的設置頁面中，單擊forming Stage，然后對forming工序進行定義。可點擊紅色Blank選項，隨后進入Blank定義頁面如圖3-23所示。點擊紅色的Define geometry選項后進入Define Geometry的對話框。 在Define Geometry對話框中單擊Add Part選項…如圖3-24所示 選擇BLANK Part為板料，最后退出后完成定義。 圖3-23 “sheet forming”對話框 圖3-24 定義板料部件過程

61、 定義材料：選擇BLANKMAT按鈕，如圖3-46所示， 會彈出Material 的對話框選擇Material Library…按鈕，能彈出Material Library對話框 圖 3-25 板料材料定義 圖 3-26 板料材料定義頁面 圖3-27材料庫定義頁面 圖3-28 材料DP600應力應變曲線 定義工具：可在sheet forming的對話框中單擊選擇紅色的Tools按鈕，然后進入工具的定義頁面?？蛇x中die工具中相對應的Define Part…按鈕，隨后進入Define Geo

62、metry對話框。然后在Define Geometry的對話框中單擊選擇Add Part…按鈕，選擇DIE Part做為其中凹模，如圖3-50所示，然后可退出完成定義。 圖 3-29定義DIE的零件 重復前述操作，分別定義Punch和Binder工具。 圖 3-30 定義完成部件 定位工具位置：可單擊Positioning… 。 先將Blank定位到Punch上，然后定位die和binder分別與Blank接觸。 圖3-31 定位對話框 3.2.3控制成形參數設置 圖 3-32 設置“closing”對話框 圖 3-33 設置“dra

63、wing”對話框 在sheet forming的對話框中單擊Process選項并進入工步設置界面。然后將closing采用為默認設置。選中drawing把binder改為力控制，過程如圖3-55。默認Control頁面的參數設置過程。 3.2.4工模具運動的動畫模擬演示 在“Sheet Forming”的對話框中選擇菜單欄中“Preview /Animation”的對話框，然后調整滑塊“Frames/Second”的數值為10， 單擊選擇“Play”按鈕進行動畫的模擬演示。通過對動畫的觀察，可以方便的判斷出工、模具運動的設置是否正確和合理。 按“Stop”結束動畫，然后返回“Sheet

64、Forming”的對話框。 圖3-34 動畫顯示控制對話框 3.3提交計算 1. 在全部都設置完成后，單機選擇菜單欄中的Job->Job Submitter…選項 。如圖3-56--圖3-57所示 2. 系統(tǒng)會彈出另存為對話框，輸入文件名并保存，隨后就可以提交計算。 圖 3-35 提交任務對話框 圖 3-36 任務提交管理器界面 圖 3-37提交任務后的計算顯示 3.4結果后處理及分析 應用eta/POST來進行后置處理 eta/POST能夠讀取并處理d3plot的文件中所有的可用數據。除了包括沒有變形過的模型數據，d3plot文件還包括有所有的

65、由LS-DYNA所生成的結論文件（應變，應力，時間的歷史曲線和變形過程等）。 讀入結論文件d3plot到eta/Post 并啟動后處理 圖 3-38后處理菜單 圖 3-39板料拉延結果 變形過程 缺省的繪制狀態(tài)能繪制變形過程（Deformation）。在幀（Frames）的下拉菜單中，單擊選擇Select Cases的選項，就可以觀察其全部變形過程。 圖 3-40 選擇觀察類型對話框 選擇，就可以觀察成形的過程中其毛坯厚度的變化過程。 選擇，就可以觀察其零件的成形極限圖。 選擇，就可以觀察其零件中性層中的主應變。 以

66、下各圖依次為幾次主要的拉延模擬結果的成型極限圖、壁厚分布圖和主應變圖。 60噸壓邊力不加拉延筋成型極限圖 60噸壓邊力不加拉延筋壁厚分布 60噸壓邊力不加拉延筋主應變圖 80噸壓邊力加50%拉延筋成型極限圖 80噸壓邊力加50%拉延筋厚度圖 80噸壓邊力50%拉延筋主應變圖 80噸壓邊力25%拉延筋壁厚分布云圖 80噸壓邊力25%拉延筋成形極限圖 80噸壓邊力25%拉延筋中性層主應變圖 拉延仿真的結果表明：通過 dynaform軟件可以很好的對制件拉延過程進行模擬，并且可以得到滿足實際生產要求的仿真模擬結果，也就是說制件要有有一定的減薄率從而來減少制件回彈，同時整個制件的成形性也可滿足要求，其中沒有明顯的起皺與破裂的區(qū)域，可以在這個基礎之上進行關于彈性變形的有限元模擬分析。該汽車防撞梁拉延結果顯示，當壓邊力為80噸，并在壓邊圈上加25%的拉延筋得出上述圖示效果，在兩端和板料邊緣處有少量回彈和起皺，但制件整體呈現(xiàn)大面積safe的狀態(tài)。拉延結果比較滿意。 3.5小結 本章是主要介紹了有關于板料拉延的有限元