冷弯成型过程的弹塑性大变形有限元模拟.pdfVIP

维普资讯 第29卷 第2期 河 北 理 工 学 院 学 报 VoI．29 No．2 2007年5月 Journal of Hebei Institute of Technology Mav．2007 文章编号：1007．2829(20o7)02-0062-04 冷弯成型过程的弹塑性大变形有限元模拟 郝志琴，徐树成 (河北理工大学冶金与能源学院，河北唐山063009) 关键词：冷弯成型；显式动力学有限元法；数值模拟 摘 要：为了缩短冷弯型钢产品的开发周期，提高产品质量和力学性能。采用ANSYS里的LS — DYNA模块对槽钢辊式加工工艺进行显示动力学有限元法模拟，分析成型中轧件的变型特 点及应力应变分布，为冷弯成型CAD＼CAE技术提供有力的实验数据和理论支持，最终应用于 实际生产。 中图分类号：TG 356．25 文献标识码：A 0 引言 冷弯成型过程是一个非常复杂的变形过程，其变形是横向弯曲、纵向拉伸、纵向弯曲及横向剪切等多种 变形的耦合，因此精确分析这个过程是非常困难的。由于冷弯成型过程是一个非常缓慢的过程，可视其为一 个准静态的塑性成型过程。对于准静态的塑性成型过程的有限元计算，常常采用静态隐式算法和动态显式 算法。静态隐式算法在理论上是严格的，处理同样问题时在计算精度上要高于动态显式算法，但在边界非线 性和有限元网格畸变的情况下往往求解不容易收敛。一种数值方法的收敛性是指随着网格的逐步细分，得 到的解将越来越逼近问题的精确解。静态隐式算法在处理非线性问题时，是通过一系列的线性逼进(Newton — Raphson)来获取解的，它要求转置非线性刚度矩阵，而对于高度非线性问题，在转置非线性刚度矩阵时，很 容易导致刚度矩阵发生奇异，从而使求解过程不再收敛[1 】。而动态显式算法在处理非线性问题时就无须 转置刚度矩阵，只需保持小的时间步，就能保证收敛。所以在实际工程应用中，处理三维、多体接触和有限元 网格数较多的大规模工程问题时，为节省求解时间，常常采用动态显式算法 。 本文采用三维弹塑性显示动力学有限元法对冷弯成型过程进行了模拟。并对其变形和应力应变关系进 行了详细分析。 1 冷弯成型过程的有限元数值模拟 1．1 模型的建立 实际的冷弯成型过程是带材在辊缝的作用下逐渐经过各机架而完成变形的。为了比较准确地实现这样 的成型过程模拟，计算模型必须按照现场条件建立。 本文中冷弯成型过程的有限元模型如图1所示。模型参数为：板300 mill×219×3 mm，轧辊辊缝3 1111／1o 根据对称性轧件取1／2建立模型，对称面加约束。轧辊采用Shell 163单元，轧件采用八节点六面体单元 SOlidi64单元。轧辊采用刚性辊，轧件选取为低碳钢Q235，钢板采用经典双线性随动硬化(BKIN)材料模型。 轧辊与钢板的接触采用库仑摩擦，静态摩擦系数取O．35，动态摩擦系数取O．18。冷弯过程的仿真按下列条 件进行：上下辊模具限制UX、uY、UZ、ROTY、ROTZ移动，轧件与上下轧辊的接触设定为成型接触(PSTS)。 轧件离轧辊一定距离取为O．1m，使刚性轧辊以恒定的转速旋转，开始计算时轧件以一定的初始速度(5m／s) 向辊缝移动，直至咬人以后靠轧件和轧辊之间的摩擦力来带动轧件进行轧制。直到完成弯曲过程。计算条 件如表1。 收稿日期：2006-06-01 维普资讯 第2期 郝志琴，等：冷弯成型过程的弹塑性大变形有限元模拟 63 ^日d)n∞0b∞ 表 l 计算条件