基于有限元模擬的各向異性材料筒形件拉深凸耳消除方法
【專利摘要】本發(fā)明一種基于有限元模擬的各向異性材料筒形件拉深凸耳消除方法：(1)、選取任意兩種具有各向異性的材料，板料A和板料B；(2)、首先用ABAQUS軟件對其中板料A進(jìn)行筒形件的拉深模擬仿真，觀察結(jié)果；(3)、假設(shè)板料變形前后面積不變，在拉深之后的筒形件上選取其一圈節(jié)點(diǎn)，將這些節(jié)點(diǎn)一一映射到初始板料A上，記錄這些映射點(diǎn)，并將圈外的板料剪切掉，然后得到新的板料尺寸；(4)、利用新的板料尺寸再次進(jìn)行模擬仿真，觀察結(jié)果；(5)、若依然殘留部分凸耳，重復(fù)(2),(3)操作，直至沒有凸耳；(6)、利用板料B再次驗(yàn)證該方法的可行性。本發(fā)明方法能有效消除凸耳現(xiàn)象，使各向異性材料在筒形件拉深時保證產(chǎn)品的質(zhì)量，提高產(chǎn)品合格率及材料利用率。
【專利說明】
基于有限元模擬的各向異性材料筒形件拉深凸耳消除方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及的是基于有限元模擬的各向異性材料筒形件拉深凸耳消除方法。適用于具有各向異性的材料的成形加工領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬板料成形作為現(xiàn)在最為常用的金屬塑性加工技術(shù)，在車輛、航空航天、家電設(shè)計等制造領(lǐng)域占據(jù)非常重要的地位。隨著新型結(jié)構(gòu)、新型材料的不斷出現(xiàn)，許多新的現(xiàn)象和規(guī)律有待金屬材料加工者和金屬成形工作者去探索，尤其是材料的各向異性的存在對金屬成形的影響。
[0003]材料的各向異性的存在，會影響板料成形時其應(yīng)變分布，壁厚和成形性能等。尤其表現(xiàn)在筒形件在拉深過程中極易產(chǎn)生凸耳現(xiàn)象。凸耳的產(chǎn)生對產(chǎn)品的質(zhì)量有很大影響，一般產(chǎn)生位置在與乳制方向成45°的兩條直徑的端點(diǎn)上或者在與乳制方向各成0°和90°的直徑端點(diǎn)上。凸耳的存在對產(chǎn)品的質(zhì)量及材料費(fèi)等有很大的影響，并且也增加了材料損耗、降低成品率、破壞了生產(chǎn)工序。另外凸耳的產(chǎn)生常伴隨著工件側(cè)壁沿切向厚度的不均勻，會影響產(chǎn)品的使用，嚴(yán)重情況下會導(dǎo)致凸耳處開裂。
[0004]本發(fā)明以金屬板料沖壓成形為工程背景，針對各向異性材料在筒形件拉深成形時所產(chǎn)生的凸耳現(xiàn)象，提出一種消除凸耳的方法。傳統(tǒng)的研究方法主要有以下幾種:
[0005]基于實(shí)驗(yàn)和簡單的理論，展開成形毛坯，以得到合理的毛坯外形。這種方法雖然簡單，但是只適用于一些規(guī)則形狀的零件，對于一些成形復(fù)雜的零件，很難獲得合理的毛坯外形。
[0006]拼合法是利用壓延過程中凸緣材料流動進(jìn)行的非連續(xù)性組合假設(shè)和整體轉(zhuǎn)移假設(shè)，但是這種方法要想獲得較高的準(zhǔn)確度，就必須使假設(shè)對應(yīng)的零件盡可能的縮小，現(xiàn)實(shí)中，這種方法并不適用，精度也比較低。
[0007]滑移線法通常用于求解等截面杯體及一些不規(guī)則形狀的筒形件。但該方法只是出于平面應(yīng)變狀態(tài)，材料各向同性，且不考慮摩擦力分布對塑性流動的影響，這種方法依然有一定的局限性。
[0008]幾何映射法是根據(jù)投影原理，遵循面積不變的原則，將零件表面的空間曲面三角形展開，近似確定坯料的外形與尺寸，并且將有限元思想引入幾何映射。其根據(jù)毛坯展開又有不同的計算方法，如比例因子法、有限元增量法和有限元逆算法等。
[0009]本專利正是針對產(chǎn)生的凸耳現(xiàn)象所提出一種利用幾何映射法、通過有限元模擬仿真的方式，得到消除凸耳現(xiàn)象的規(guī)律方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于提供一種基于有限元模擬的各向異性材料筒形件拉深凸耳消除方法，具體是通過有限元仿真軟件對各向異性材料制作筒形件時所產(chǎn)生的凸耳進(jìn)行消除，并保證其在可正常使用的范疇內(nèi)。
[0011]本發(fā)明的目的實(shí)現(xiàn):
[0012]傳統(tǒng)的凸耳拉深實(shí)驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室拉深試驗(yàn)機(jī)上完成的，那樣既耗時又消耗了材料。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，計算機(jī)模擬類軟件成為實(shí)驗(yàn)必備的一個環(huán)節(jié)。本發(fā)明就是依據(jù)ABAQUS軟件，進(jìn)行凸耳的拉深仿真試驗(yàn)，簡單、方便、省時、省材。
[0013]具體步驟如下:
[0014]1、選取任意兩種具有各向異性的材料，即板料A和板料B。
[0015]2、首先用ABAQUS軟件對其中一種具有各向異性材料的板料A進(jìn)行筒形件的拉深模擬仿真，觀察結(jié)果。
[0016]3、假設(shè)板料變形前后面積不變，在拉深之后的筒形件上選取其一圈節(jié)點(diǎn)(該圈節(jié)點(diǎn)盡可能處于同一水平高度)，將這些節(jié)點(diǎn)一一映射到初始板料A上，記錄這些映射點(diǎn)，并將圈外的板料剪切掉，然后得到新的板料尺寸。
[0017]4、利用新的板料尺寸再次進(jìn)行模擬仿真，觀察結(jié)果。
[0018]5、若依然殘留部分凸耳，重復(fù)2，3操作，直至沒有凸耳。此種方式得到得到板料拉深過程中不產(chǎn)生凸耳的合格板料尺寸。
[0019]6、利用另外一種具有各向異性的材料板料B再次驗(yàn)證該方法的可行性。
[0020]本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)及功效:
[0021]利用幾何映射法及ABAQUS有限元分析軟件的結(jié)合，得到無凸耳的筒形件拉深仿真模擬結(jié)果。本發(fā)明所提的方法能夠有效消除凸耳現(xiàn)象，使各向異性材料在筒形件拉深時可以很好的保證產(chǎn)品的質(zhì)量，提高產(chǎn)品的合格率及材料利用率。
【附圖說明】
[0022]圖1為直接拉深板料A仿真得到有凸耳的模擬圖像。
[0023]圖2為修剪板料A后所得到無凸耳的模擬圖像。
[0024]圖3為材料A修剪前的板料尺寸。
[0025]圖4為材料A修剪后的板料尺寸。
[0026]圖5為直接拉深板料B仿真得到有凸耳的模擬圖像。
[0027]圖6為修剪板料B后所得到無凸耳的模擬圖像。
【具體實(shí)施方式】
[0028]本發(fā)明一種基于基于有限元模擬的各向異性材料筒形件拉深凸耳消除方法，其【具體實(shí)施方式】如下:
[0029]1、選取任意兩種具有各向異性的材料，即板料A和板料B。
[0030]2、首先用ABAQUS軟件對其中一種具有各向異性材料的板料A進(jìn)行筒形件的拉深模擬仿真，如圖1、圖2所示;觀察結(jié)果，其中板料A尺寸大小形狀見圖3。
[0031]3、假設(shè)板料變形前后面積不變，在拉深之后的筒形件上選取其一圈節(jié)點(diǎn)(該圈節(jié)點(diǎn)盡可能處于同一水平高度)，將這些節(jié)點(diǎn)一一映射到初始板料A上，記錄這些映射點(diǎn)，并將圈外的板料剪切掉，然后得到新的板料形狀如圖4。
[0032]4、利用新的板料尺寸再次進(jìn)行模擬仿真，觀察結(jié)果。
[0033]5、若依然殘留部分凸耳，重復(fù)2，3操作，直至沒有凸耳。此種方式得到得到板料拉深過程中不產(chǎn)生凸耳的合格板料尺寸。
[0034]6、利用另外一種具有各向異性的材料板料B再次驗(yàn)證該方法的可行性，如圖5、6所不O
[0035]其中本發(fā)明方法所涉及的基本原理為幾何映射法，以板料展開前后面積不變?yōu)榛驹瓌t進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不可展曲面的近視展開。具體做法是以成形后凸緣的最低點(diǎn)為參照點(diǎn)，取與該參照點(diǎn)處于同一高度的節(jié)點(diǎn)，并將這些節(jié)點(diǎn)一一映射到初始板料上，對多余的板料進(jìn)行修剪，進(jìn)而得到不產(chǎn)生凸耳的合格板料尺寸。
[0036]此方法僅為本發(fā)明較佳的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明所示的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1.一種基于有限元模擬的各向異性材料筒形件拉深凸耳消除方法，特征在于:該方法具體步驟如下: (I )、選取任意兩種具有各向異性的材料，即板料A和板料B; (2)、首先用ABAQUS軟件對其中一種具有各向異性材料的板料A進(jìn)行筒形件的拉深模擬仿真，觀察結(jié)果； (3)、假設(shè)板料變形前后面積不變，在拉深之后的筒形件上選取其一圈節(jié)點(diǎn)，將這些節(jié)點(diǎn)一一映射到初始板料A上，記錄這些映射點(diǎn)，并將圈外的板料剪切掉，然后得到新的板料尺寸； (4)、利用新的板料尺寸再次進(jìn)行模擬仿真，觀察結(jié)果； (5)、若依然殘留部分凸耳，重復(fù)(2)，(3)操作，直至沒有凸耳； (6)、利用另外一種具有各向異性的材料板料B再次驗(yàn)證該方法的可行性。
【文檔編號】G06F17/50GK106096094SQ201610377472
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】王海波, 閻昱, 李強(qiáng), 何東
【申請人】北方工業(yè)大學(xué)