基于DKT12壳单元板料成形重力和压边模拟算法研究

发布时间：2021-06-25 06:00

　　板料成形是现代工业体系中的重要加工方法之一,在航空航天和汽车制造等领域有着广泛应用。随着计算机技术的发展,在产品设计初始阶段,多步快速成形有限元法能够高效得到产品成形性能的初步评价。为确保该方法在分析大型复杂零件时的准确性和稳定性,本文研究了考虑弯曲效应的重力算法和基于弯曲压料面的压边算法,使多步法成形模拟更符合实际生产情况。为考虑弯曲效应,多步快速成形有限元法采用DKT12壳单元为单元模型。首先推导了单元在局部坐标系和全局坐标系之间的坐标变换矩阵,然后根据Kirchhoff理论推导了单元的刚度矩阵和节点内力。在重力算法中研究了板料构形节点与模具网格之间的几何穿透判断算法和基于包围盒的接触搜索算法,确定板料构形上节点与模具主表面单元之间的几何关系,将穿透节点投影回模具主表面。在压边阶段,确立了含有弯曲压料面的复杂零件压边算法的基本思路,研究了基于直接投影法求解压边后板料构形的关键技术。通过全局搜索算法确定板料节点的投影范围,然后由基于弧长法的局部搜索算法确定板料节点的具体投影位置,最终经过迭代计算得到弯曲压料面上的中间构形。文章最后以三种复杂汽车覆盖件为例,验证了综合本文重力和压边的多... 

【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

某板料重力加载前后的模拟形状

(a) 有重力模拟 (b) 无重力模拟图 1.2 某板料有重力模拟和无重力模拟的压料结束状态杜亭[68]基于真实的工艺参数，提出了一种动力显示算法，将其与自适应网格技术相结合，出了包括重力加载和压边过程的求解器，并通过实例验证了求解器的合理性和可靠性。李[53]提出了一种基于动力显式算法的新型实体壳单元，该单元通过引进改善拟应变和假设自变的插值方法消除了闭锁和沙漏现象，在此基础上开发出了重力和压边求解方法，最终集求解器中。论文[69]重点论述了影响板料成形数值模拟的四个因素，除了重力加载的影响，括压边过程的影响。为了确认冲压过程开始时板料与模具的接触位置，需要研究板料在压边过程中的变形情况，足位移边界条件的情况下，得到压边后待冲压板料的位置状态[70]。论文[71]提出了一种基于元求解压边过程的方法，通过逆成形法得到伪坯料，运用伪坯料计算压边结束后的板料形然后不断修正伪坯料，最终迭代得到压边过程的最终状态和板料压边结束后的位置信息。过程对整个成形过程起着至关重要的作用，高质量有效的压边应避免板料成形过程中出现和折皱现象，关键点在于压边过程中边界条件的处理、压边方式的选择和压边力的控制。华和李尚健[72]论述了位移边界条件的处理对整个板料成形过程的重要性，并对前人提出的

了产品成形过程的加载路径，仅考虑产品的初始和最终状态，其虽能很好中的应变值，但成形结果得到的应力值不够准确。现代产品零件大多是多件的压料面是弯曲压料面，因此对产品成形过程的中间某个状态成形性能一步逆成形法的基础上，多步快速成形法可以高效预测产品成形性能，有且能提供某个工步有效合理的性能分析结果。速成形有限元法在一步逆成形法的基础上引入中间构型来描述和模拟分析状态，中间构型的性能分析结果会直接影响到下一个中间构型的分析并作。中间构型的引进考虑了产品成形过程的加载路径以及其影响，能够提高且便于设计者观察产品的实际变化情况。中间构型的计算也是多步快速成形技术之一。描述可得多步快速成形有限元方法的基本思想：通过有限元方法并且在满足求出初始毛坯 中节点 在中间构型中的位置 ，比较初始毛坯中节点与中点的位置，可以得到中间构型的应变、应力和厚度信息。同理，比较中间构间构型中对应节点的位置或最终构型C中对应节点的位置，可以得到最终构厚度信息，如图 2.1 所示。


本文编号：3248644