金属板材渐进成形的数值模拟及破裂预测

针对板材渐进成形破裂预测对应变路径的过分依赖且无法实时预测的问题,首先,运用FORTRAN语言,通过ABAQUS有限元软件的材料子程序接口,将于忠奇破裂准则引入DC56D+Z钢板的VUMAT材料子程序中;其次,分别将于忠奇模型与ABAQUS自带Von Mises模型进行单向拉伸和渐进成形的模拟;最后,结合渐进成形实验与有限元模拟分析,以实验结果为标准,根据有限元模拟的结果,逆向寻找出于忠奇准则下渐进成形模型的临界破裂积分值I.研究结果表明:两种有限元模型的应力应变大小数量级相同,分布一致,从而说明了该子程序的有效性;渐进成形模拟过程中最大破裂积分值I出现的位置在零件的侧壁,与实验结果一致,积分值I=17可以作为预测渐进成形过程中板材是否破裂的有效条件.     

基于遗传神经网络的数字化渐进成形回弹预测

针对传统BP神经网络具有易陷入局部极小等缺陷,采用遗传算法(GA)对BP神经网络(初始权值、阈值)进行了优化,将人工智能技术和激光扫描测量技术有机结合,建立了金属板材数字化渐进成形回弹预测的遗传神经网络模型,对计算结果与BP神经网络预测结果进行比较,表明遗传神经网络预测值与实测值之间具有很高的相关性和精确度,该模型可用于预测渐进成形工艺参数与回弹量之间的映射关系,为金属板材数字化渐进成形回弹量的预测开辟了一条新的途径.     

金属板材数字化成形技术

金属板材数字化成形技术是一种用CAD模型直接驱动,实现设计与制造一体化的柔性快速成形方法。该技术采用快速原型制造技术“分层制造”的思想,将复杂的三维形状分解成一系列二维数据,并根据工件的几何形状信息,用三轴数控设备控制一个成形工具头作三维曲线运动,逐层对板材进行塑性加工,使板材逐步成形为所需的工件。     

两道次渐进成形表面粗糙度的预测和分析

为了研究两道次渐进成形的表面质量,采用响应面法来分析和优化两道次渐进成形的整体表面粗糙度.首先,通过Box-Behnken设计方法制定以成形角α、道次间隔角度Δα、层间距Δz和进给速度V为主要研究参数的试验计划.其次,建立了四个工艺参数与成形件表面粗糙度间的数值模型,并结合实验与方差分析(ANOVA)验证了数学模型的准确性.然后,利用数值模型探讨四个参数及其相互作用对表面粗糙度的影响情况.最终得出:层间距、道次间隔角度、成形角及进给速度对表面粗糙度的影响依次减弱.当V增加时,粗糙度值先减小再呈增加趋势;当Δz,Δα和α增加时,表面粗糙度值随之增加.此外,通过优化提出了获得最优表面质量的参数组合,并通过实验验证了这组参数组合的优越性.     

基于实体单元的板材渐进成形数值模拟分析

为研究渐进成形的成形机理及工艺参数对成形力的影响,应用三维实体单元对成形过程进行数值模拟分析和相应的实验研究.在解决数值模拟中运动轨迹加载等难点问题的基础上,合理简化有限元分析模型,提高数值模拟计算效率.采用坐标网格法实验,并通过检测板材厚度的变化,验证了模拟结果的准确性.通过对模拟和实验结果的研究分析,提出了一种不同于剪切变形的新的变形机理,即主要变形区的板材是平面内拉伸变形及局部反向弯曲变形的组合;对成形力的数值模拟正交实验表明层间距是成形力的主要影响因素,并且成形力随层间距的减小而减小.     

基于韧性断裂准则的AZ31B镁合金板材成形极限预测

结合损伤起始判据和损伤演化准则,建立了完整的韧性断裂准则,基于ABAQUS中韧性损伤材料模型对AZ31B镁合金板材成形极限进行了预测。通过拟合单向拉伸应力应变曲线得到材料本构模型及损伤演化参数,建立了板材的Nakazima半球形凸模胀形有限元仿真模型,再基于韧性断裂准则预测了AZ31B镁合金板材室温下的成形极限,并分析了不同板材断裂失效判据对成形极限的影响。研究结果表明,基于所建立的韧性断裂准则,并以损伤演化过程中应变路径转变作为断裂失效判据,可以较准确地预测镁合金板材成形极限,得到的成形极限图与实验结果吻合较好。     

两道次板材渐进成形过程仿真与实验验证

针对渐进成形工艺加工侧壁较陡零件时板材厚度减薄严重的问题,通过建立基于ABAQUS的两道次板材渐进成形有限元模型,比较单道次与两道次成形路径下零件厚度分布和等效塑性应变历史变化规律,研究了两道次成形策略对板材成形极限的影响。结果显示,与单道次成形件相比,两道次成形件变形量最大的区域离零件底部更近,在所选A、B、C3点处的等效塑性应变最大值分别减小了66.2%、81.9%和36.0%,且板材变形更加均匀,使零件最小厚度增加了16%左右,表明两道次成形路径能大幅提高板材成形极限。经实验验证,数值模拟结果基本与实际吻合。     

板材多道次渐进折弯成形回弹补偿的模具修正

金属板材多道次渐进折弯因回弹使成形后的工件形状与目标存在误差.文中借鉴单一道次冲压成形模具型面修正的思路,将模具型面的位移修正、平滑的位移修正以及成形传递函数法应用到多道次渐进折弯成形的模具修正,实现回弹补偿.实验结果表明,基于单一道次冲压的闭环成形传递函数法用于多道次渐进折弯模具修正可快速有效提高成形工件精度.     

面向板材渐进成形工艺的单元路径生成

针对板材渐进成形工艺成形时间长的问题,提出一种基于单元的成形路径生成方法.首先,分析适用于渐进成形工艺的单元路径规划原则;然后,对数据模型进行分层计算得到一系列等高线刀位点轮廓,建立每层轮廓内的环之间的拓扑关系(C-Net结构),以及每层轮廓之间的拓扑关系(Z-C-Net结构);最后,结合单元路径规划原则,从Z-C-Net结构中提取出单元序列,并对各个单元实施合适的子路径规划,以及子路径之间实施合理的连接,使成形路径最短.实例计算结果表明:应用单元路径规划与等高线路径规划相比,可节约22.5%的成形时间.     

板料渐进成形工艺等高线图生成方法的研究

板料数字化渐进成形工艺可以通过数控渐进成形机床加工出成形极限较大、形状复杂的板材零件,在航空航天、汽车和民用产品的小批量钣金件加工方面具有广泛的应用前景。如何生成成形零件的等高线图是该工艺的关键技术。对板料渐进成形工艺等高线图的生成方法进行了研究,提出一种基于Matlab拟合Bezier曲面并快速生成等高线图的方法。对理论抛物面和飞机翼面的仿真研究表明,提出的等高线图的生成方法,工程精度较高、算法简单。计算速度快,适合在板材数字化渐进成形工艺中推广应用。     

基于Oyane损伤和断裂模型的厚板精冲过程数值模拟和缺陷预测

将考虑静水应力和应变历史对材料损伤影响的Oyane损伤模型用于断裂的预测,将局部网格自适应和单元删除技术用于模拟裂纹的产生和扩展,在DEFORM-2D有限元模拟软件中建立了精冲轴对称模型,进行了弹塑性大变形有限元数值模拟.分析了成形过程中静水应力、等效应力、等效应变和损伤的分布以及发展趋势,分析了工艺参数对缺陷的影响规律,试验结果验证了模型的准确性.     

板料冲压模具扩孔和渐进成形扩孔的对比分析

分别采用传统的锥形凸模和渐进成形工艺对板料的扩孔特性进行试验,其中渐进成形扩孔的工具轨迹根据传统冲压的锥形凸模的形状设计.探讨了工具轨迹对渐进成形扩孔特性的影响.结果表明:与传统冲压扩孔件相比,渐进成形扩孔件的厚度最薄处位于孔口向外偏置一定距离的圆周上,而不在孔口边缘;渐进成形扩孔件的变形模式为剪切变形和弯曲变形综合作用,扩孔件沿直径的厚度分布与初始板厚不满足正弦定理;与传统的模具冲压扩孔相比,渐进成形的扩孔率提高了24.4%.     

金属成形中韧性断裂准则的细观损伤力学研究进展

随着韧性材料内细观损伤发展机制的深入研究,细观损伤力学在预测金属材料发生韧性断裂的过程中发挥着越来越重要的作用.与传统的宏观断裂力学不同,细观损伤力学侧重于研究材料内细观损伤的演化对于材料宏观断裂的影响.介绍了细观损伤力学发展的背景;阐述了细观损伤力学的研究现状;探讨了细观损伤力学发展过程中所面临的一些问题和应变梯度塑性理论对于细观损伤力学发展的推动作用.     

理想形变与板料成形设计

针对增量有限元求解用时过多的问题，采用形变理论并利用理想形变的假设，导出用于板料成形设计的一步法，理想形变假设认为变形 在整体塑性功取得相对极值的条件下得到的，给出了理想形变的数学公式和有限元表达，将此数值方法的结果与实验数据对照，得到了满意的结果。     

基于回弹控制的板料成形工艺多目标优化

针对板料回弹控制问题,提出了一种基于多目标优化的综合评判回弹的方法,建立了以等效应力偏差来表征并考虑高斯积分点位置影响的目标函数和以等效塑性应变表征的目标函数;运用试验设计技术、响应面法和多目标遗传算法,结合LS-DYNA关键字文件建立了基于回弹控制的成形工艺参数的集成优化模型,并分析了变压边力和拉延筋力对回弹的影响.结果表明:先小后大的变压边方式可以保证产品产生较大的塑性变形,后期较大的压边力还能使厚度方向的应力偏差减少,从而显著抑制回弹;而根据产品形状分段设置拉延筋,并分别施加合适的拉延筋力对于抑制回弹也有一定的效果;优化后回弹由1.952 50mm减少到0.674 51mm,证实了模型的多目标函数能够综合评判回弹.     

板金属成形极限应变的研究

本文依据Hart的微分型本构关系,引进一般意义上的初始塑性不均匀性的概念,推导出了正交各向异性板金属材料在一维和二维情况下发生失稳和断裂的极限应变的解析式,并将本文的理论分析结果与有关文献的典型实验结果进行了比较,两者基本吻合.     

Multi-Point Forming Technology for Sheet Metal

Multi-point forming (MPF) is an advanced manufacturing technology for three-dimensional sheet metal parts. In this paper, the MPF integrated system is described that can form a variety of part shapes without the need for solid dies, and given only geometry and material information about the desired part. The central component of this system is a pair of matrices of punches, and the desired discrete die surface is constructed by changing the positions of punches though the CAD and control system. The basic M...