板材多点成形中起皱和回弹的数值分析

发布时间：2017-03-25 14:06

  本文关键词：板材多点成形中起皱和回弹的数值分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：多点成形技术是金属板材三维自由曲面成形的一种柔性加工方法，其基 本思想是将传统的整体模具离散化，由一系列规则排列的基本体（或称冲 头）组成的“柔性多点模具”来代替，由基本体球头的包络曲面来完成板材 成形。多点成形技术作为一种新兴的技术已在飞机、船舶、汽车等诸多制造 领域有着广泛的应用前景。 无压边多点成形通常用于变形量不大的曲面成形，是板材多点成形过程 中使用频率很高的一种成形方法。多点成形在成形变形量不大的曲面时，通 常不压边，这样既可省去切边工序又可以节省材料，另一方面又能简化多点 压机结构，降低其造价。由于没有压边圈，板材面内变形力较小，主要以面 外弯曲变形为主，导致在多点成形中起皱缺陷更容易出现，特别是在薄板多 点成形中，起皱是工艺上必须克服的成形缺陷。 由于没有压边圈的作用，板材成形过程中，回弹对成形件最终形状的影 响要比有压边时大。影响回弹的因素很多，如板材厚度，板材的材质以及成 形件变形量的大小等。本文采用数值模拟技术对多点成形过程的回弹进行了 分析，另外还探讨了典型零件在多点成形时，通过控制基本体群成形面形状 消除回弹的方法。 1. 板材无压边多点成形的起皱数值模拟 采用显式算法进形起皱数值模拟时，板材必须离散成足够小的有限元单 元，使皱纹能够已相当小的波长正确的模拟出来。通过不同尺寸有限元单元 的数值结果比较，建立了板材无压边起皱分析的有限元模型。对双向曲率曲 面—球面和马鞍面进行了详细的数值模拟，研究了板材厚度、曲率半径以及 材质等对起皱的影响。板厚与变形程度是影响起皱的重要因素，增大板材厚 71 WP=76 吉林大学硕士研究生学位论文 度，减小成形件曲率半径均可有效的抑制起皱的产生；文中对 08AL 和 L2Y2 铝两种不同材料的板材成形球面和马鞍面的起皱现象进行了有限元分析。结 果表明选用具有较大的弹性模量的 08AL较具有较小弹性模量的 L2Y2 不容 易产生起皱缺陷。 通过对多点成形过程中的起皱产生过程的分析，，发现在无压边多点成形 中，起皱主要产生于基本体对板材的不完全约束，在成形后期起皱出现最大 值，在成形结束时，部分皱纹被压平。基于对多种不同板厚、不同曲率半径 的球面和马鞍面成形件的数值分析，得到了球面与马鞍面无压边、不起皱多 点成形极限图。在本文之前，还没有多点成形不起皱极限图方面的结果。 2. 板材无压边多点成形的回弹数值模拟。 完整的板材成形包括加载和卸载两个过程。本文建立了采用显-隐式算法 模拟回弹问题的有限元模型。即采用动态显式算法模拟板材成形过程，采用 隐式算法模拟卸载回弹过程。这种方法克服了显式算法耗时大，难以收敛的 缺点，解决了隐式算法不能处理好接触问题的缺点，极大的提高了回弹数值 的计算效率，具有实用性和高效性的特点。 主要分析了板材厚度、成形件变形量以及材质等对柱面、球面及马鞍面 的无压边多点成形的回弹影响，并且利用中心插分法，拟合出成形件回弹 前、后曲面形状，计算出回弹量的大小。由数值模拟结果可以看出，在多点 成形中，板材厚度越小，变形量越小，卸载后回弹越大，反之，厚度越大， 变形量越大则回弹越小。 3. 多点成形过程中成形面的修正与回弹控制的研究 利用数值模拟技术，在回弹分析的基础上，给出了基于回弹数值计算的 柱面、球面多点成形基本体群成形面的修正方法。对于目标曲率半径为的圆 柱面，但板厚为 1.0mm时，经过三次修正，形状总体误差只有 0.0044m；板 厚为 1.5mm时，经过五次修正，形状误差达到 0.00083m；对于目标曲率半径 为 1200mm，板厚为 1.5mm时，经过两次修正形状误差达到 0.0962m；依据 最后一次修正的成形面调整基本体群的形状进形多点成形，可以有效的补偿 板回弹影响。实现板材的一次精确成形，提高产品的成形精度。这些结果对 多点成形技术的进一步工程应用具有一定的参考价值和实际意义
【关键词】：多点成形 数值模拟 起皱 回弹 动态显式算法 隐式算法
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TG386
【目录】：

• 第一章 绪论5-13
• 1.1 选题的意义5-6
• 1.2 板材成形有限元数值理论发展概况6-9
• 1.2.1 早期研究工作6
• 1.2.2 板材成形有限元理论的发展6-9
• 1.3 板材回弹数值模拟9-10
• 1.4 板材多点成形的数值模拟10-11
• 1.5 问题的提出及本文的主要内容11-13
• 第二章 多点成形中回弹数值模拟的有限元方法13-24
• 2.1 加载过程数值模拟的显式有限元方程13-16
• 2.1.1 动力问题的虚功率方程13
• 2.1.2 动力学有限元方程13-14
• 2.1.3 求解有限元方程的显式算法14-16
• 2.2 卸载过程的数值模拟方法16-17
• 2.2.1 回弹的隐式计算方法16-17
• 2.2.2 回弹的显式计算方法17
• 2.3 回弹数值模拟的显-隐式算法17-19
• 2.4 板材回弹的计算与控制19-21
• 2.4.1 二维回弹经验公式19-20
• 2.4.2 多点成形中的回弹控制20-21
• 2.5 用于回弹分析的 BWC 壳单元21-23
• 2.6 小结23-24
• 第三章 多点成形起皱的数值模拟24-37
• 3.1 起皱的判定24-25
• 3.2 有限元模型25-28
• 3.3 起皱过程分析28-30
• 3.4.球面成形件的起皱分析30-34
• 3.4.1 板厚及变形量的影响30-32
• 3.4.2 无压边成形时不起皱极限32-34
• 3.5 马鞍面成形件的起皱分析34-36
• 3.5.1 板厚及曲率半径的影响34-35
• 3.5.2 无压边成形时不起皱极限35-36
• 3.6 小结36-37
• 第四章 多点成形的回弹数值分析37-52
• 4.1 回弹模拟时一些关键问题的处理37-39
• 4.2 回弹的数值模拟39-43
• 4.3 圆柱面成形件的回弹43-45
• 4.3.1 板厚对回弹的影响44-45
• 4.3.2 成形件曲率半径对回弹的影响45
• 4.4 球面成形件的回弹45-49
• 4.4.1 板厚对回弹的影响45-48
• 4.4.2 成形件曲率半径对回弹的影响48-49
• 4.5 马鞍面成形件的回弹49-51
• 4.6 小结51-52
• 第五章 多点成形中回弹的控制研究52-65
• 5.1 基于回弹数值计算的基本体群成形面修正方法52-55
• 5.1.1 基本原理52-53
• 5.1.2 修正过程53
• 5.1.3 基本体群形状调整53-55
• 5.2 柱面成形件的回弹控制55-59
• 5.2.1 成形面的修正方法55-56
• 5.2.2 应用实例56-59
• 5.3 球面的回弹控制59-64
• 5.3.1 成形面的修正方法59-60
• 5.3.2 应用实例60-64
• 5.4 小结64-65
• 第六章 结论65-66
• 参考文献66-72
• 攻读硕士学位期间发表的论文72-73
• 致 谢73-75
• 摘 要75-77
• ABSTRACT77-74
• 吉林大学硕士学位论文原创性声明74-79

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 强华;;热喷涂涂层残余应力的数值模拟[J];热加工工艺;2011年12期

2 黄智勇;罗锋;施慧玮;王煊军;;贮库内偏二甲肼蒸发扩散数值模拟[J];科技导报;2011年24期

3 王卫京;陈理;;高浓度厌氧反应器流场的数值模拟[J];大连大学学报;2011年03期

4 张始斋;;基于CFD的轴向间隙对轴流式通风机性能影响的研究[J];矿山机械;2011年07期

5 彭成允;邹强;李小平;吴善勇;王书胜;;基于数值模拟的盒形件拉深成形变拉深筋技术研究[J];精密成形工程;2011年04期

6 侯小能;;沉淀池的三相流数值模拟[J];山西建筑;2011年23期

7 林景殿;苏中地;肖云巩;张凯;杜正;韩彬;;涡轮流量计内部流动的数值模拟[J];石油化工自动化;2011年04期

8 樊斌斌;;黏弹流体挤出胀大行为的研究进展[J];上海塑料;2011年03期

9 刘腾;柳峥;刘志强;张浩;聂鑫;;开挖过程中衬砌支护对隧道稳定性的分析[J];重庆科技学院学报(自然科学版);2011年04期

10 戴晴华;季鹏;殷晨波;易迪升;王斌;朱洁;;焊接顺序对中厚板对接焊残余应力的影响[J];机械设计与制造;2011年07期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 王军;史平安;刘平艳;;一种利用数值模拟的模具优化设计方法[A];中国工程物理研究院科技年报（2003）[C];2003年

2 林祥;尹宝树;杨德周;;波浪在波流相互作用中对底应力及流速的影响研究[A];第十四届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集（上册）[C];2009年

3 陈可锋;季小强;李鑫;;海平面上升对江苏沿海潮波影响研究[A];第十四届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集（上册）[C];2009年

4 杨欣;程文;川端信义;;公路隧道火灾热气流运动规律的研究[A];中国环境科学学会2009年学术年会论文集（第四卷）[C];2009年

5 裴文兵;;激光驱动惯性约束聚变数值模拟研究进展及其相关的原子物理过程[A];第十五届全国原子与分子物理学术会议论文摘要集[C];2009年

6 张东明;;不可压混合层中一种增强混合的新方法[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集（下）[C];2007年

7 金晓林;;电子回旋共振放电的数值模拟[A];第十三届全国等离子体科学技术会议论文集[C];2007年

8 张晓晴;黄小清;汤立群;;泡沫铝填充圆管三点弯曲性能研究[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集（下）[C];2007年

9 陈勇梅;黄西成;;流体动力学帽状剪切实验数值模拟[A];第七届全国MTS材料试验学术会议论文集（二）[C];2007年

10 吴迪;张建红;王静;雷明凯;宫野;;强流脉冲离子束辐照混合双层靶的数值研究[A];第九届真空冶金与表面工程学术会议论文摘要集[C];2009年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 通讯员 朱江　冯明农;风能项目组研讨数值模拟产品共享[N];中国气象报;2010年

2 蔡笑鹏;探低回弹 量缩仓减[N];期货日报;2005年

3 郭培兴;供应减援 价格回弹[N];国际经贸消息;2001年

4 本报记者　赵亚辉;探寻“大气”的奥秘[N];人民日报;2005年

5 郭培兴;十一月国际商品价格有所回弹[N];中国信息报;2001年

6 郭培兴;五月国际商品市场价格回弹[N];中国信息报;2001年

7 张晓健;二重大型铸锻件数值模拟国家工程实验室获批[N];中国冶金报;2007年

8 王志羚;美国经济回弹 重卡需求剧增[N];中国商报;2004年

9 郭培兴;需求增长 价格回弹[N];国际经贸消息;2001年

10 ;气力不足 回弹有望[N];中国质量报;2003年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 孙喜新;济阳坳陷馆陶组构造特征及成藏模式研究[D];中国科学院研究生院（广州地球化学研究所）;2005年

2 严春吉;液体射流分裂雾化机理及内燃机缸内工作过程的模拟[D];大连海事大学;2005年

3 何志伟;复合期权与路径相关期权定价理论模型、数值模拟及应用研究[D];华中科技大学;2005年

4 郭永红;超细粉再燃低NO_x燃烧技术的数值模拟与实验研究[D];华北电力大学（北京）;2006年

5 胡国权;淮河试验时期的能量与水份循环研究[D];中国气象科学研究院;2001年

6 吴一红;管阵流体弹性不稳定性研究及流体诱发振动数值模拟[D];清华大学;1991年

7 陈黎明;电弧加热发动机的设计与研究[D];清华大学;2002年

8 肖金花;波纹管传热强化及其轴向承载能力研究[D];北京化工大学;2006年

9 周素云;激光等离子体中有着自生磁场的密度通道的分析研究[D];南昌大学;2007年

10 武文斌;金属板件等离子体弧柔性成形技术的基础研究[D];大连理工大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 陈仙风;基于数值模拟的汽车管件液压成形工艺分析[D];上海交通大学;2007年

2 闫勇;汽车覆盖件成形工艺数值模拟与试验研究[D];天津大学;2004年

3 陈喜娣;板材多点成形中起皱和回弹的数值分析[D];吉林大学;2004年

4 毕大传;汽车骨架零件的数值模拟及人机界面架构设计[D];南京航空航天大学;2004年

5 闫辉;板料成形数值模拟及回弹研究[D];南京理工大学;2004年

6 李双印;船体板冷压成形的回弹研究[D];武汉理工大学;2011年

7 陆国民;U形车身覆盖件冲压成形数值模拟分析与回弹预测[D];扬州大学;2004年

8 张渤涛;复杂形状汽车覆盖件成形过程数值仿真模式的研究[D];山东大学;2005年

9 孙明新;起重机臂架受力状态模拟[D];山东大学;2005年

10 邱田金;日照港岚山港区30万吨原油码头工程潮流数值模拟及泥沙淤积分析[D];中国海洋大学;2005年

  本文关键词：板材多点成形中起皱和回弹的数值分析，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：267299