ANSYS下复杂拉伸成型件成型工艺的研究.pdfVIP

重、大型锻压设备和技术研讨会 43l ANSYS下复杂拉伸成型件成型工艺研究 谢 欢 郑州轻工业学院机电工程学院郑州450002 摘要：板料冲压成形作为一种重要的塑性加工工艺，广泛应用于各种工业领域。本文首先讨论了用有限元分析软件研究板料 成形过程的重要意义，其次介绍了有限元分析成型件的成型工艺，然后介绍了用ANSYS研究成型件成型工艺的国内外进展 情况，最后对这一领域的发展趋势作了展望。 关键词：ANSYS成型工艺拉伸 中图分类号：TG386 O前言 冲压成形是现代工业中的一种重要加工方法，在汽车、电器、航空等各个领域都有广泛的应用。由于 冲压成形过程是一个非常复杂的物理过程，涉及力学中的三大非线性问题(几何非线性、物理非线性和边界 非线性，加上不规则的工件形状，使得冲压成形过程的计算十分复杂。因此传统的冲压工艺及模具设计只 能在众多简化和假设的基础上进行初步设计计算，然后依靠大量的经验与反复试模、修模来保证冲压件的 成形品质。对形状复杂、表面质量要求高的零件，如果采用传统方法设计模具，造成研发成本过高，从而 在市场竞争中处于被动地位。随着非线性理论、有限元法和计算机软硬件的迅速发展，冲压成形的计算机 仿真技术日渐成熟，并在冲压工艺与模具设计中发挥出越来越大的作用。冲压成形过程的计算机仿真实质 上是利用数值模拟技术，分析给定模具与工艺条件的板料变型全过程，从而判断模具和工艺方案的合理性。 成熟的仿真技术可以减少试模次数，在一定条件下还可使模具和工艺设计一次合格从而避免修模。这就可 以大大缩短新产品开发周期，降低开发成本，提高产品品质和市场竞争力…。 1有限元分析成型件成型工艺 1．1有限元分析技术分析成型件成型工艺的发展史 finite methodin element s仃ess Clough教授于1960年发表的著名论文“The plane analysis”中首次提出 弹塑性理论【2】。到了20世纪70年代中期，随着有限应变弹塑性有限元列式的突破，计算机技术的飞速发 展和有限元理论的成熟，弹塑性有限元法开始用于板料冲压过程分析J。1977年，在美国通用汽车公司召 方形盒的拉伸过程，这标志着冲压成形三维有限元模拟仿真的开始。 目前，板料成形的数值模拟技术已经进入大量应用阶段，国外已经形成了一些通用或专用的有限元软 件，如：ErA／DYNAFoRM，LS2DYNA，DYNA23D，AU 陷的预测能力比其它软件要好得多，目前ANsYS已在长安汽车、南京汽车、中国一汽、上海汇众汽车公 司等许多大型汽车公司得到成功应用一J。 1．2有限元分析成型件成型性能的方法 冲压件成形往往伴随着大变形、大应变，模具表面和材料的接触也是相当复杂，板料的流动足作稳态 的，成形过程中还常伴有拉伸和压缩失稳。因此，选择能够准确描述板料变形的有限单元类型和正确划分 432 2008年中国机械工程学会年会暨什肃省学术年会文集 网格是非常重要的。通常板料成形采用壳体类单元，单元节点数为3或4，每个节点的自由度为5，模具和 压边圈视为刚体。现行的有限元软件都具备了几何造型(建模)的功能，但是它们的造型功能都很有限，对 复杂对象的建模还是得借助于大型的CAD软件才能完成，再导入到有限元软件中计算模拟‘5蚓。 2 ANSYS研究成型件成型工艺的国内外进展 2．1拓扑优化 结构拓扑优化是将寻求结构的最优拓扑问题转化为在给定的设计区域内寻求最优材料分布的问题。在 《基于有限元法的拓扑优化技术在某军车车身骨架设计中的应用研究》这篇文章中作者用ANSYS软件进行 拓扑优化，预定义好目标函数、状态变量和设计变量等，而不再给出参数和优化变量的定义。用户只需要 给出结构的参数(材料特性、模型、载荷等)和要省去的材料百分比。得出的结论是：结构拓扑优化减少了 建模方面的工作量，可在改善或保持结构性能的基础上大大减轻结构的质量。文中拓扑优化后的车身骨架 各项性能指标较原设计均有不同程度的提高。这是单独采用尺寸优化和形状优化无法做到的【71。