板料沖壓成形CAE實(shí)用教程

前言

板料沖壓成形是一個(gè)具有大撓度、大變形的復(fù)雜塑性成形過程，涉及到金屬在各種復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下的塑性流動(dòng)、塑性強(qiáng)化等問題，在實(shí)際成形過程中還會(huì)產(chǎn)生破裂、起皺和回彈等成形缺陷。因此，單憑經(jīng)驗(yàn)很難準(zhǔn)確預(yù)測板料沖壓成形性能，致使模具設(shè)計(jì)正確性也很難加以評估。實(shí)際生產(chǎn)中必須反復(fù)調(diào)試模具，獲得有效的工藝參數(shù)，最終使具體零件得以成形，但這種方法增加了企業(yè)和用戶的實(shí)際生產(chǎn)成本，生產(chǎn)周期也被迫延長。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，我國相關(guān)汽車工業(yè)企業(yè)及研究部門已經(jīng)普遍開始應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)對沖壓成形工序進(jìn)行CAE分析，作為專業(yè)技術(shù)人員分析具體零件成形工藝和進(jìn)行工藝優(yōu)化的最為簡便和有效的方式。然而相對于CAD、CAM技術(shù)而言，CAE技術(shù)對技術(shù)人員的專業(yè)要求更高，使得專業(yè)人員在采用CAE分析軟件進(jìn)行具體板料沖壓成形模擬分析中往往會(huì)遇到許多實(shí)際的軟件操作和應(yīng)用以及工藝分析等困難。技術(shù)人員只能通過不斷深入學(xué)習(xí)和進(jìn)行相關(guān)理論、技能的訓(xùn)練才能成為合格的從事CAE技術(shù)工作的專業(yè)人才。本書以國內(nèi)外常用板料沖壓軟件：ETA／DYNAFORM5.6作為平臺，兼顧理論基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)實(shí)踐兩個(gè)方面需求，首先介紹了板料沖壓成形CAE分析涉及的基本理論、關(guān)鍵技術(shù)以及ETA／DYNAFORM5.6軟件的應(yīng)用基礎(chǔ)理論知識，并根據(jù)典型的板料沖壓零件工藝及特點(diǎn)，選擇了六個(gè)典型的板料沖壓成形應(yīng)用實(shí)例，由淺到深地對應(yīng)用ETA／DYNAFORM5.6軟件進(jìn)行板料沖壓成形CAE分析過程中的前置處理、求解計(jì)算及后置處理等進(jìn)行了詳盡的闡述，以引導(dǎo)讀者在掌握基本理論知識的基礎(chǔ)上，能夠較快地應(yīng)用ETA／DYNAFORM5.6軟件解決實(shí)際工程問題。本書由上海工程技術(shù)大學(xué)龔紅英主編。參與編寫的人員還有李名堯、蘇鈺、張猛、孫健、宋晨、楊華。本書在編寫過程中，得到了于治水、曹陽根、徐紀(jì)平、張水忠、趙中華、李培耀等教授的大力支持和幫助，在此一并表示衷心感謝。由于編者水平有限，書中不足之處難免，敬請廣大讀者批評指正。

內(nèi)容概要

板料沖壓成形CAE分析是評估板料沖壓性及成形工藝性的有效工具。本書是指導(dǎo)讀者將板料沖壓成形CAE分析技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié)的一本基礎(chǔ)教程。     書中以常用的板料沖壓成形過程的有限元分析軟件Dynaform為平臺，對板料沖壓成形CAE分析涉及的基本內(nèi)容及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)闡述。通過對軟件基本功能的介紹，由淺到深配以典型實(shí)例，對板料沖壓成形CAE分析的各個(gè)環(huán)節(jié)：模型建立、前置處理、求解計(jì)算以及后置處理等工作做了詳盡的介紹。     配有光盤形象展示書中所介紹實(shí)例的模型和模擬過程，以引導(dǎo)讀者掌握應(yīng)用CAE分析軟件解決板料沖壓成形工程實(shí)際問題的能力和技能。     本書可供板料沖壓成形方向的工程技術(shù)人員學(xué)習(xí)，也可作為大專院校的本、?？埔约按T士研究生塑性成形專業(yè)的教材。

書籍目錄

第1章 緒論  　1.1 板料沖壓成形CAE分析技術(shù)概述  　1.2 板料沖壓成形CAE分析有限元理論  　　1.2.1 有限變形的應(yīng)變張量  　　1.2.2 有限變形的應(yīng)力張量  　　1.2.3 幾何非線性有限元方程的建立  　1.3 板料沖壓成形CAE分析的關(guān)鍵技術(shù)  　　1.3.1 有限元求解算法及常用板料沖壓成形CAE分析軟件  　　1.3.2 各向異性屈服準(zhǔn)則的運(yùn)用  　　1.3.3 單元類型的選擇  　　1.3.4 有限元網(wǎng)格劃分  　　1.3.5 邊界條件的處理  　　1.3.6 提高CAE分析效率的方法  　1.4 板料沖壓成形缺陷分析  　　1.4.1 起皺  　　1.4.2 破裂  　　1.4.3 回彈  第2章 ETA/DYNAFROM5.6軟件應(yīng)用基礎(chǔ)  　2.1 ETA/DYNAFROM5.6軟件簡介  　2.2 應(yīng)用ETA/DYNAFROM5.6軟件的一般步驟  　2.3 ETA/DYNAFROM5.6軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)  　　2.3.1 ETA/DYNAFROM5.6軟件主界面  　　2.3.2 前置處理模塊  　　2.3.3 分析模塊  　　2.3.4 后置處理模塊  　2.4 DYNAFORM5.6軟件的基本功能  　　2.4.1 文件管理（File）  　　2.4.2 零件層控制（Parts）  　　2.4.3 前處理（Preprocess）  　　2.4.4 模面工程（DFE）  　　2.4.5 坯料工程（BSE）  　　2.4.6 模擬設(shè)置（Setup）  　　2.4.7 回彈補(bǔ)償（SCP）  　　2.4.8 工具定義  第3章 圓筒件的正向拉深成形模擬  　3.1 帶凸緣圓筒件的拉深工藝分析  　3.2 導(dǎo)入模型  　3.3 前處理設(shè)置  　　3.3.1 編輯零件名  　　3.3.2 零件單元網(wǎng)格劃分  　　3.3.3 零件網(wǎng)格檢查 　3.4 快速設(shè)置  　　3.4.1 創(chuàng)建壓邊圈零件“BINDER”  　　3.4.2 雙動(dòng)設(shè)置[正向拉深/Double action（Toggle draw）]  　　3.4.3 定義坯料零件“BLANK”  　　3.4.4 定義壓邊圈零件“BINDER”  　　3.4.5 定義凹模零件“DIE”  　　3.4.6 定義材料“Material”  　　3.4.7 材料及工具運(yùn)動(dòng)相關(guān)參數(shù)的修改設(shè)置  　　3.4.8 工模具運(yùn)動(dòng)規(guī)律的動(dòng)畫模擬演示  　　3.4.9 提交LS-DYNA進(jìn)行求解計(jì)算  　3.5 自動(dòng)設(shè)置  　　3.5.1 初始設(shè)置  　　3.5.2 定義板料零件“BLANK”  　　3.5.3 定義凹模零件“DIE” 　　3.5.4 定義凸模零件“PUNCH” 　　3.5.5 定義壓邊圈零件“BINDER” 　　3.5.6 工模具初始定位設(shè)置 　　3.5.7 工模具拉深行程參數(shù)設(shè)置 　　3.5.8 工模具運(yùn)動(dòng)規(guī)律的動(dòng)畫模擬演示  　　3.5.9 提交LS-DYNA進(jìn)行求解計(jì)算  　3.6 傳統(tǒng)設(shè)置  　　3.6.1 創(chuàng)建凸模零件“PUNCH”  　　3.6.2 創(chuàng)建壓邊圈零件“BINDER”  　　3.6.3 定義工模具零件  　　3.6.4 定義毛坯零件  　　3.6.5 工模具的自動(dòng)定位 　　3.6.6 測量凸模零件“PUNCH”的拉深深度 　　3.6.7 定義凸模零件“PUNCH”的拉深行程 　　3.6.8 定義零件“BINDER”的壓邊力載荷曲線 　　3.6.9 工模具運(yùn)動(dòng)的動(dòng)畫模擬演示 　　3.6.10 提交LS-DYNA進(jìn)行求解計(jì)算 　3.7 后置處理  　　3.7.1 觀察成形零件的變形過程  　　3.7.2 觀察成形零件的厚度分布云圖及成形極限圖  　　　第4章 矩形件的反向拉深成形模擬  第5章 汽車油底殼零件的拉深成形模擬 第6章 U形零件的回彈模擬  第7章 球形件的液壓脹形模擬  第8章 十字形管件液壓脹形模擬 參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：雖然，Hill屈服準(zhǔn)則也能考慮板材的面內(nèi)各向異性，但是研究表明，Barlat和Lian的屈服條件能更合理地描述具有較強(qiáng)織構(gòu)各向異性金屬板材的屈服行為，全面地反映了面內(nèi)各向異性和屈服函數(shù)指數(shù)M對板材成形過程中的塑性流動(dòng)規(guī)律及成形極限的影響。在進(jìn)行板料沖壓成形CAE分析過程中，要根據(jù)所研究的具體成形工藝來選擇使用兩種屈服準(zhǔn)則。例如：當(dāng)重點(diǎn)是分析材料力學(xué)性能參數(shù)對沖壓成形特性的影響時(shí)，如果主要是考慮成形極限和最大拉深力等一些宏觀指標(biāo)，一般可采用Hill屈服準(zhǔn)則，因?yàn)槠渌璧姆治鰯?shù)據(jù)容易獲得，而且數(shù)值模擬結(jié)果和材料性能的關(guān)系容易總結(jié)；但如果重點(diǎn)是分析沖壓成形中的摩擦和潤滑問題，則可采用Barlat屈服準(zhǔn)則，因?yàn)槟Σ梁蜐櫥阅芏寂c板料的面內(nèi)各向異性有關(guān)，必須予以考慮。1.3.3單元類型的選擇在進(jìn)行板料沖壓成形CAE分析中，一般采用在一定的假設(shè)下建立起來的板殼單元進(jìn)行分析，可使問題的規(guī)模得以減小。由于殼體理論本身是近似簡化的產(chǎn)物，必然會(huì)有不少研究者對板殼理論的幾何關(guān)系、物理關(guān)系及平衡條件等提出各種簡化，導(dǎo)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(shù)值模擬工作由于拉深行程長，不同道次之間還需要進(jìn)行網(wǎng)格的再劃分，因此計(jì)算時(shí)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）單元是板料沖壓成形CAE分析過程中應(yīng)用得非常廣泛的兩種殼體單元。HL單元是從三維實(shí)體單元退化而來，有很高的計(jì)算精度，其缺點(diǎn)是計(jì)算量太大。BT單元采用了基于隨體坐標(biāo)系的應(yīng)力計(jì)算方法，而不必計(jì)算費(fèi)時(shí)的Jaumarm應(yīng)力，有很高的計(jì)算效率。

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