板料成形中的大变形接触问题的有限元解法

基于弹塑性有限变形理论，采用Ｕｐｄａｔｅｄ Ｌａｇｒａｎｇｅ描述建立了用于板料成形分析的动力学有限元数学模型，考虑到材料的各向异性，给出了Ｊａｕｍａｎｎ应力形式的各向异性本构关系。引用罚函数法处理接触边界，对于板料与模具之间的摩擦采用修正的库仑摩擦定律，保证了计算的稳定性。基于此模型编制的有限元程序对一盒形工件的成形进行了数值分形，计算结果与实验结果基本符合。     

板料成形数值模拟中摩擦的处理及应用

针对板料成形过程中工件与模具不同的接触条件，采用常摩擦模型，提出相应的摩擦应力的处理方法．在此基础上，通过实际的模拟分析，证明了该处理方法的可行性．同时探讨了摩擦对成形结果的影响．模拟结果表明，板料与凹模和压边圈之间的摩擦阻碍了金属向凹模内流动，对板料拉深成形是不利的，而增大凸模与板料之间的摩擦则可以有效限制制件侧壁的变薄，这对成形是有利的．     

板料变形中两种摩擦模型的比较

本文应用刚塑性有限元方法，分别采用修正的常剪应力摩擦模型和库仑摩擦模型，对板料在半球形冲头下的拉胀变形和在平底圆柱冲头下的拉延变形过程进行计算，并上述两种摩擦模型的作用机制以及它们板料塑成形过程的影响进行了研究。通过分析、比较与实验验证，表明库仑模型比常剪应力模型更为适合板料成形过程模拟的摩擦描述。     

圆筒件拉深成形仿真结果的工艺知识挖掘

基于粗糙集理论的数据挖掘技术，研究了面向有限元仿真结果的知识自动获取方法．以压边力、摩擦系数、厚向各向异性系数、凹模圆角半径、板料厚度等作为条件属性，成形后零件两种主要的成形缺陷——破裂和起皱作为目标属性，分析了圆筒件拉深成形中材料性能、工艺参数对成形性能的影响程度，提炼出对加工工艺和模具设计有指导意义的产生式规则．结果表明，面向有限元仿真结果的数据挖掘技术为塑性成形领域知识发现提供了一条有效的新途径．     

基于数值模拟的变压边力优化设计

提出了一种基于板料成形有限元模拟的变压边力(VBHF)优化方法．建立了板料成形性能的综合评价模型．为了保证优化过程的收敛，采用信赖域模型管理来调整设计空间的变化，与传统的基于梯度的VBHF优化相比，该方法具有设计过程简单、方便，计算结果准确等优点．为了验证算法的可靠性，给出了不等深盒形件拉深时随位置变化的压边力优化结果．     

厚度梯度准则在成形极限图建立中的应用

介绍了一种预测板料发生颈缩的新准则--厚度梯度准则,该准则基于当板料发生颈缩时沿垂直于颈缩方向的厚度梯度分布存在着极值C;在板料成形过程中,当其厚度梯度值小于临界厚度梯度值C时,认为板料发生颈缩.采用eat/Dynaform软件仿真了HS钢的凸模胀形试验,基于厚度梯度准则有限元计算获得了其成形极限图(FLD).获得的FLD与通过理论计算和试验方法得到的结果进行了对比分析,基于厚度梯度准则的有限元计算结果与试验得到的数据吻合较好,且比理论计算得到的结果更接近试验得到的数据,从而证实了该方法的正确性和优越性.     

厚度梯度准则在成形极限图建立中的应用

介绍了一种预测板料发生颈缩的新准则——厚度梯度准则,该准则基于当板料发生颈缩时沿垂直于颈缩方向的厚度梯度分布存在着极值C;在板料成形过程中,当其厚度梯度值小于临界厚度梯度值C时,认为板料发生颈缩.采用eat/Dynaform软件仿真了HS钢的凸模胀形试验,基于厚度梯度准则有限元计算获得了其成形极限图（FLD）.获得的FLD与通过理论计算和试验方法得到的结果进行了对比分析,基于厚度梯度准则的有限元计算结果与试验得到的数据吻合较好,且比理论计算得到的结果更接近试验得到的数据,从而证实了该方法的正确性和优越性.     

各向异性GTN损伤模型及其在板料成形中的应用

基于Hill的二次各向异性弹塑性屈服准则（Hill’48）,发展了可以用来描述各向异性多孔延性材料损伤演化发展的GTN（Gurson—Tvergaard—Needleman）弹塑性细观损伤本构模型,将材料的塑性各向异性行为和损伤发展有机地耦合起来．分别采用基于Mises的各向同性GTN弹塑性损伤模型、基于Hill’48的各向异性GTN弹塑性损伤模型和传统的Mises弹塑性模型,对NUMISHEET’2002中考题圆杯深拉深成形工艺进行了数值模拟,对板料成形过程中损伤的累积发展及其对材料性能的影响进行了分析．结果表明：延性板料的各向异性行为对其宏观力学性能和损伤演化都有影响;GTN模型中的损伤变量反映了成形历史的影响,为复杂加载路径下的成形极限判据的提出提供了理论依据．     

盒形件成形过程的计算机模拟

本文基于有限变形理论建立了三维金属板料成形过程的弹塑性薄膜有限元数学模型.数学模型采用流动坐标系中的Total Lagrange描述、J_2型本构方程、等向强化假设,考虑了板料的厚向异性,对于金属板料与模具的摩擦采用近似的库仑摩擦定律.采用根据此模型编制的程序模拟了盒形件的成形过程,并与实验结果进行了对比.     

各向异性高强钢成形极限曲线有限元预测

采用高强钢是实现汽车轻量化的有效途径之一,而成形极限曲线是用于判断金属板料成形效果的有效工具之一。为了降低实验成本、缩短开发周期,该文提出了一种考虑各向异性,以最大凸模力准则作为失稳判据,对高强钢Q490C的成形极限曲线进行仿真预测的方法。使用相应公式对仿真数据进行了拟合。仿真结果与试验数据得到的模型拟合曲线吻合得较好。将有限元预测得到的成形极限曲线的截距点与Keeler公式进行对比,二者一致性较好。该文采用的成形极限曲线的有限元预测方法可以较准确地预测各向异性板料的成形极限曲线,为板料冲压成形等后续工作奠定基础。     

板材成形过程中直拉深筋作用的数值模拟

本文通过对板料在直拉深筋中变形过程的分析,给出了一个简化的直拉深筋作用分析模型.针对这个模型建立了有限变形弹塑性有限元方程,并利用所编制的程序计算了半圆形截面和方形截面直拉深筋作用下板料的变形.实验表明数值分析结果是可靠的.     

复杂应变路径下的板料成形数值模拟

对建立板料成形极限图的各种试验和理论进行研究分析，指出现有试验和理论存在的缺点和不足．在此基础上通过运用有限元数值模拟与实冲试验相结合的方法，研究复杂应变路径下的板料成形极限，并以经过二次冲压的车辆左后悬挂架为例，研究了左后悬挂架危险点的应变路径，最终确定了该零件的成形方案．研究结果表明：有限元数值模拟可以实现复杂应变路径；应变路径的不同对冲压成形的结果有很大影响．     

薄壳单元有限元方程及其在板料成形中的应用

基于Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ薄壳理论，采用ＴｏｔａｌＬａｇｒａｎｇｅ描述、Ｊ２型流动理论，建立了三维板料成形过程模拟的有限元模型，井考虑到材料强化、板料厚向异性等材料性能影响因素。根据此模型编制了计算机程序，并对实际零件成形过程进行了模拟。     

板材成形中的技术革命

提出板材成型技术中存在技术革命。第一次技术革命以板材成形从工场走向工厂为标志;第二次技术革命以实验成形性评定和实验变形分析为标志;第三次技术革命以理论成型性评定及成型CAD/FMS的出现为标志,它是原材料工业迎接材料科学技术革命的一条有效途径。 板材成型成为一个科学领域必然要与板材生产密切结合,这就提出了发展板材系统工程的需要。板材系统工程的基本内容是:(a)板材生产,(b)板材成型,(c)板材冶金过程与板材成形过程的协同。 回顾计算机辅助成型性分析和工艺优化的发展,提出了计算机辅助战形性分析体系、计算机辅助成形工艺优化体系及板材成型学科体系并给出了这三种体系的框图。     

Deformation Behaviors of Laser Forming of Ring Sheet Metals

Laser forming is a highly flexible sheet metal forming technique. In laser forming along curved irradiation paths, the heated zone is bigger and the effects of the processing parameters on the deformation are complex. The deformation behaviors of laser forming of ring sheet metals have been investigated from the thermal-mechanics analysis by the finite element (FE) simulation based on the proposed finite element method model. The effects of ring central angle and scanning path on deformation of ring sheet metal were investigated. The results are as follows: (1) in comparison with the laser bending along linear path, the marked third point has two peak temperatures during the laser forming process along curved path; (2) the forming process fluctutes continuously and the sheet edge is warped because the rigid-ends effect due to the restriction of sheet; (3) when the ring central angle increases, the displacement difference of the marked three points decreases and then increases, and the warped curvature of sheet edge decreases; (4) when the laser beam diameter increases, the displacement difference of the marked three points decreases and the warped curvature increases.     

汽车板精益成形技术

建立了面向零件成形特征的合理选材方法，发明了高效的拉延筋阻力混合优化设计方法，构建了变压边力控制实验平台。从降低成形质量对材料和工艺过程波动敏感性的角度出发，研究面向材料和工艺参数随机波动的成形质量的稳健控制。形成了基于“合理选材、工艺优化、稳健设计”思想的汽车板精益成形技术体系。通过在宝钢股份和多家汽车厂10多年的成功应用，支持宝钢汽车板的市场占有率稳步达到50 %，有效地推动了国产汽车板使用技术的发展。     

Deformation Behaviors of Laser Forming of Ring Sheet Metals

Laser forming is a highly flexible sheet metal forming technique. In laser forming along curved irradiation paths, the heated zone is bigger and the effects of the processing parameters on the deformation are complex. The deformation behaviors of laser forming of ring sheet metals have been investigated from the thermal-mechanics analysis by the finite element (FE) simulation based on the proposed finite element method model. The effects of ring central angle and scanning path on deformation of ring sheet metal were investigated. The results are as follows: (1) in comparison with the laser bending along linear path, the marked third point has two peak temperatures during the laser forming process along curved path; (2) the forming process fluctutes continuously and the sheet edge is warped because the rigid-ends effect due to the restriction of sheet; (3) when the ring central angle increases, the displacement difference of the marked three points decreases and then increases, and the warped curvature of sheet edge decreases; (4) when the laser beam diameter increases, the displacement difference of the marked three points decreases and the warped curvature increases.     

金属板件等离子体弧柔性成形技术基础研究

水火弯曲成形和激光弯曲成形均存在一定局限性，而等离子体弧具有平均能量转换效率高、成本较低等优点．介绍了等离子体弧柔性成形技术的原理和特点，分析了等离子体弧柔性成形的两种基本形式——正向弯曲和反向弯曲的成形机理和控制方法，研究了弧功率、扫描速度、冷却方式、板件材质与几何尺寸等因素对柔性成形的影响规律．研究结果表明：等离子体弧可在工业环境下完成对不同厚度板材的柔性成形．在一定范围内，弯曲速度随着弧功率的提高而提高；可运用小的扫描速度提高弯曲速度，而采用大的扫描速度实现较为精确的弯曲变形；随着板件厚度的增加，相同扫描次数下的弯曲角度明显减小；导热系数大的材质，因难以在材料内部形成大的温度梯度而难以产生弯曲变形．上述研究对合理选择成形参数具有一定的指导意义．     

钛合金网板多点成形起皱缺陷的数值模拟

采用动态显式有限元软件,针对不同厚度、不同曲率半径的带孔网板和无孔板球形面的无压边多点成形过程进行了数值模拟.模拟结果表明,在相同的成形条件下,带孔网板成形球形件时不易起皱,成形效果较好.分析表明,带孔网板成形时不易起皱的原因是网孔吸收了部分金属变形,从而减小了网板起皱的趋势.通过模拟得到了带孔网板和无孔板成形球面件时不起皱成形极限与板厚的关系曲线.实验结果表明,模拟结果与实验结果吻合良好,且满足与不起皱成形极限图的对应关系.