基于dynaform的汽车防撞梁拉延工艺参数影响规律研究毕业论文(编辑修改稿)

基于dynaform的汽车防撞梁拉延工艺参数影响规律研究毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

D、 CAM等技术的结合，使企业能对现代市场产品的多样性、复杂性、可靠性、经济性等做出迅速反应，增强了企业的市场竞争能力。 在许多行业中，计算机辅助分析已经作为产品设计与制造 过 程中 不可或缺 的一种工艺规范加以实施。 如，以国外某大汽车公司为例，绝大多数的汽车零部件设计都必须经过 很多次 的计算机仿真分析，否则 就无法 设计审查， 也就无法 试制 更别说 投入生产。 计算机数值模拟现在已不仅仅作为研究的一种手段， 也已经在生产实践中作为必不可少的工具使用。 以有限元模拟分析软件为代表的 CAE 技术在国际上的应用已有近 30 年的历史。 近 10 年来 ,塑性变形理论在板料成形技术中的应用取得了很大的进步，使 CAE 技术在汽车模具制造中的应用变得非常成熟，将 CAE 应用于冲压工艺设计，可使试模时间减少 50%以上。 目前， CAE 技术已成为国外大型汽车和模具企业必不 可少的工具。 CAE的广泛应用，应归功于 CAE 商业软件的大力发展 ,其中代表性的软件有： ● 法国 ESI 公司的 PAMSTAMP 软件； ● 美国 Lawrence Livemore 国家材料实验室的 LSDYNA3D 软件； ● 美国 ETA 公司的 Dynaform 软件； ● 瑞士 Autoform 公司的 Autoform 软件。 这些软件 都有各自的长处 ， 针对 板料成形分析都 已达到实用 和 专业的要求。 目前，国内 所有 一流的汽车模具 厂商 都 采 用了 CAE 软件，并以 Autoform 的应用 最多。 天津汽车模具有限公司通过 长时间的 的努力， CAE 应用 比例 已经达到了 100%， 显著地 缩短了 制模 周期。 在分析方面，针对冲压成形，使得确定棱线偏移、冲裁角度、拉延冲击滑痕、面成形品质、成形力 、 压边力等各种分析得到完善，分析内容的广泛性和 作用性 都已超出了原来的 CAE 范筹。 现在 ， CAE 技术发展的重 心 是工艺参数的自动优化和 后置 分析，如果解决了这两个 问题 ，将 又一次 带来革命性的 发展。 因为 汽车覆盖件具有形状复杂 、 材料薄、结构尺寸大、表面质量高和多为复杂的空间曲面等特点。 在冲压时毛坯的变形情况复杂，故不能按一般拉 深 件那样用拉 深 系数来判断和计 算它的拉 深 次数和拉 深 可能性，且需要的压料力和拉延力都较大，各工序的模具依赖性 强 ，模具的调整工作量也大。 所以汽车覆盖件模具设计的主要任务就是要解决好冲压过程中板料不同部位之间材料的协调变形问题，既要避免局部区域 因变形引起的过 薄甚至拉裂，又要避免起皱或在零天津职业技术师范大学 20xx 届本科生毕业论文 3 件 表面 上留下滑移线，还要将零件的回弹控制在 规定允许 的范围内。 这时 ，板料冲压过程的 CAE 分析与仿真 就 能在实际工程中解决冲压工艺难题，如计算应力应变、金属的流动 、 板厚、残余应力 、 模具受力等，预测可能的缺陷及失效形式，如 比较普遍的 破裂、起皱、回弹等。 这样 在汽车 覆盖件的设计中采用数值模拟技术能从设计阶段准确预测各种工艺参数对成形过程的影响，进而优化工艺参数，缩短模具的设计 和 制造周期，降低产品制造 成本，提高冲压件和模具产品质 量。 课题的研究内容与技术路线 本课题以某车型汽车防撞梁制件为研究对象，利用数值模拟和理论分析相结合的方法，对制件的冲压过程以及回弹过程进行数值模拟，对拉延中影响制件最终效果的多种因素进行分析，并总结规律。 具体研究步骤如下： 对制件进行修改将多面删除，并以 .iges 格式导出。 Dynaform 软件进行制件的拉 延有限元分析 ,对制件进行前处理设置，参数改变，如板料位置，压边力，冲裁速度改变等。 生成 .dynain 文件为后置处理作铺垫。 Dynaform 软件进行制件的减薄率和成形极限图进行分析，对制件进行简单的设置后，进行提交计算结果，最后根据后处理来分析关于各参数影响规律。 ，板料位置与冲裁速度等参数依次按照第二步与第三步进行分析，从而总结出关于回弹影响因素的规律，得出结论。 课题的研究技术路线如图 1 所示： 天津职业技术师范大学 20xx 届本科生毕业论文 4 导入 CAD 模型 有限元网格化分 冲压类型定义成形工具 设置控制参数 提交求解器计算 后置处理 分析结果 定义毛坯及材料属性 结果评估 输出计算结果 导入 Dynain 文件 提交求解器计算 后置处理 分析结果 图 1 拉延仿真模拟过程 导入切边线 定义毛坯材料属性 天津职业技术师范大学 20xx 届本科生毕业论文 5 2 有限元计算相关理论 引言 本章主要叙述的是关于回弹产生的原因，有限元计算所涉及的理论以及减少回弹的策略分析。 计算的相关理论 板料的回弹是板料冲压成形的过程中产生的一种最常见的缺陷形式，其主要的原因是由于板料在冲压成形的结束阶段，当冲压载荷被逐步释放或卸载时，在成形过程中所存储的弹性变形能要释放出来，引起内应力的重组，进而导致零件外形尺寸的改变。 产生回弹主 要是由于：（ 1） 因为当板料内外边缘表面纤维进入塑性状态，而板料中心仍旧处于弹性状态，这时当凸模上升去除外载荷后，板料产生回弹现象。 （ 2） 因为板料在发生塑性变形时总是伴随着弹性变形的消失，所以板料在冲压成形过程中，特别是在进行弯曲成形时，即使内外层纤维完全进入了塑性变形状态，当凸模上升去除载荷后，弹性变形消失了，也会出现回弹现象，因此回弹是板料冲压成形过程中不可避免的一类缺陷，产生回弹将直接影响冲压零件的成形精度，从而增加了调试模具的成本以及成形后进行整形的工作量。 冲压回弹模拟的有限元理论基 础 板料冲压回弹的模拟从数值计算上分析是一个高度非线性的问题，涉及到材料、几何和接触非线性。 在本文的模拟数值计算中将选用更新 Lagrange 法和速率型的本构关系去处理冲压回弹过程中的大应变、大变形问题 [5]。 采用逐级更新 Lagrange 法是弹塑性有限元基础，在 ix 坐标下以 t时刻构形为参考构形的虚功率原理为 ji i i i iPd V P d V d A         （ 21） 式中 V， A 分别为参考构形的体积和表面积； iP ， iP 分别为参考构形的体积力率和面积力率； ij 为第一类 Kirchhoff 应力率。 假设塑性变形体积不可压缩，可得 ij 与 Cauchy 应力 ij 的关系为 Ji j i k i k k j k i j k ? ij ik         （ 22） 将式（ 22）和本构关系方程式代入式（ 21)，得到单元平衡方程并按常规方法组装成总体刚度方程 KD F （ 23） 天津职业技术师范大学 20xx 届本科生毕业论文 6 板料冲压回弹过程是大位移大变形过程，一般采用速率型的本构方程。 经典的基于流动理论正交各项异性希尔二次屈服函数的速率本构方程可表示为 J epij ijkl kiD （ 24） mnmneuvklei j m nDDfffDffHDDem n u vuvuvuvepi j k lei j k l （ 25） 式中 Jji 为 Kirchhoff 应力的 Jaumann导数； ki 为应变率； Deijkl 为弹性本构矩阵；H 为硬化参数；  为屈服函数确定的等效应力。 屈服函数为   )1(/))(12()()( 2122211 2222211 21 RPRPQPRPPf  （ 26） 其中， P、 Q、 R 分别代表材料在 90176。 、 45176。 、 0176。 方向上的各向异性指数。 板料冲压仿真的流程 严格地讲，板料的成形和回弹是两个既相互关联又相互独立的过程。 通常所说的成形过程一般不包括回弹在内，而完整的汽车覆盖 件冲压成形的回弹仿真过程应包含两个过程：冲压成形（加载）过程仿真和回弹（卸载）过程仿真。 前一步计算是回弹过程模拟的基础，为其提供应力、应变等数据 [9]。 本文所研究的板料成形回弹仿真的主要过程如下： （ 1） 导入成形仿真的结果文件 在 Dynaform的前处理器中，导入成形仿真过程中计算生成的结果文件 Dyanin 文件。 该文件包含成形过程中板料所有的应力、应变等情况； （ 2） 定义毛坯选择回弹仿真计算用的壳单元公式，积分点个数，定义毛坯的材料属性； （ 3） 导入切边线对零件进行切边过程的仿真； （ 4） 设置回弹约束回弹分析时，必须施加适当的 位移约束排除刚性运动。 按照零件的变形情况添加边界条件，限制板料刚性位移； （ 5） 根据计算情况选择单步或多步隐式算法； （ 6） 后置处理打开回弹仿真的结果文件，查看零件的回弹前情况和回弹后的应变情况。 单元类型的选择 在进行板料冲压成形 CAE分析中，一般采取在一定的假设下建立起来的板壳单元天津职业技术师范大学 20xx 届本科生毕业论文 7 进行分析，可使问题的规模减小。 由于壳体理论本身近似简化的产物，必然会有不少的研究者对板壳理论的几何关系，物理关及平衡条件等提出各种简化，导致在板料成形有限元分析中，单元的选择非常多。 多道次冲压成形过程的数值模拟工作由于 拉延行程长，不同道次之间还需要进行网格的再划分，因此计算时间对使用者来说就显得非常重要。 在众多的单元中， HughesLiu（ HL）单元和 BelytschkoTsay（ BT）单元是板料冲压成形 CAE分析过程中应用的非常广泛的两种壳体单元。 HL单元是从三维实体单元退化而来的，有很高的计算精度，其缺点就是计算量太大。 BT单元采用了基于随体坐标系的应力计算方法，而不必计算费时的 Jaumann应力，有很高的计算效率。 （ 1） HughesLiu壳单元 HughesLiu壳单元（简称 HL单元）是基于 Ahmad等于 1970年提出的 8节点实体单元发展起来的。 HughesLiu壳单元具有以下的特点：①它是增量目标单元，刚体转动不产生应变，能够处理常见的有限应变。 ②它比较简单，计算的效率和稳定性比较高③它从实体单元退化而来，和实体单元兼容，从而可以应用许多为实体单元开发的新技术④它包含横断面的有限剪应变⑤必要时，它还可以考虑厚向的减薄应变。 正因为如此， HughesLiu壳单元是最早被 LSDYNA有限元求解器采用的壳单元，而且到目前为止仍然是 LSDYNA采用的主要壳单元之一。 （ 2） BT单元 HughesLiu壳单元由于单元公式比较复杂，计算量较大，在求解大型复杂的板料成形问题是需要较长的计算时间。 为了提高计算效率，引进了 BelytschkoLinTsay壳单元（简称 BT单元），它采用了基于随体坐标系的应力计算方法，随着壳体单元一起运动，降低计算非线性运动的复杂精度，不必计算费时的 Jaumann应力，而具有很高的计算效率。 在一般情况下， BT单元能得到与 HL单元较为一致的计算结果。 在显式有限元分析中， BT单元成为较为常用的一种单元。 边界条件的处理 板料冲压成形过程中，随着冲头的运动，冲头和模具表面 因和板料接触面而对板料施加的作用力是板料得以成形的动力。 在接触过程中，在板料的变形和接触边界的摩擦作用使得部分边界条件随加载过程而变化，从而导致了边界条件的非线性。 正确处理边界接触和摩擦是得到可信分析结果的一个关键因素 [12]。 （ 1） 接触力的计算 板料冲压成形完全靠作用于板料上的接触力和摩擦力来完成，因此接触力和摩擦天津职业技术师范大学 20xx 届本科生毕业论文 8 力的计算精度，直接影响板料变形的计算精度。 接触力和摩擦力的计算首先要求计算出给定时刻的实际接触面，这就是所谓的接触搜寻问题。 接触力计算的基本算法有两种，一种是罚函数法，另一种是拉格朗日乘子法。 在罚函 数法中位于 一个接触面上的接触点允许穿透与之相接触的另一个接触面，接触力大小与穿透量成正比，即 Sf n  （ 27） 式中，α是罚因子； S是接触点的法向穿透量；负号表示接触力与穿透方向相反。 罚因子的取值大小会影响精度，过大会降低计算的稳定性，在实际计算时要认真选取。