采用試錯(cuò)接觸算法的板料成形有限元模擬技術(shù)
全文9頁(yè)4198字 論述全面
摘要 以金屬板料成形過(guò)程為對(duì)象，采用基于板殼理論的8節(jié)點(diǎn)殼單元，以Kirchhoff應(yīng)力張量和Green應(yīng)變張量作為應(yīng)力與應(yīng)變的度量，采用有限變形的Updated Lagrangian列式，研究有限元方法模擬成形過(guò)程的技術(shù)。在此基礎(chǔ)上，提出了一種直接試錯(cuò)的接觸算法，將非線性的接觸邊界條件線性化處理，接觸處理與有限元計(jì)算相對(duì)獨(dú)立。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果的比較，說(shuō)明采用的模擬算法是合理可行的。
關(guān)鍵詞：金屬板料 成形 有限元 模擬 接觸
SIMULATION TECNOLOGY OF
SHEETMETAL FORMING WITH
TRIAL?AND?ERROR CONTACT
ALGORITHM
Kong Yongming
（Beijing University of Aeronautics & Astronautics）
Ma Zeen　Liu Laiying
（Northwestem Polytechnical University）
Abstract A method of sheet forming process simulation which employs elastoplastic incremental FEM involving finite deformation is presented.By applying the elastoplastic finite deformation theory and adopting 8?node shell element,the author realized the numerical simulation of the three?dimensional sheet metal forming.A direct trial?and?error contact algorithm is proposed.This contact algorithm,in which the solving of FEM equationg and contact processing are relatively inependent,is of good convergence and computation efficiency.
Key words：Sheet metal Forming Finite element method Simulation Contact
0 前言
　　板料沖壓成形是機(jī)械工業(yè)中一種重要的加工方法，在航空、宇航、汽車(chē)等制造領(lǐng)域均有著廣
泛的應(yīng)用。長(zhǎng)期以來(lái)，保證成形零件的成形質(zhì)量、降低廢品率，一直是板料成形研究的目標(biāo)［1，2］。從力學(xué)角度而言，板料成形是一個(gè)同時(shí)涵蓋幾何非線性、材料非線性、邊界非線性的復(fù)雜的力學(xué)過(guò)程。以往，分析成形問(wèn)題多采用基于塑性理論的解析方法，由于成形過(guò)程的物理復(fù)雜性，不得不作出較多的簡(jiǎn)化和假設(shè)，這就使得解析方法只能進(jìn)行很簡(jiǎn)單的成形問(wèn)題的分析。近些年發(fā)展起來(lái)的板料成形的有限元模擬技術(shù)，使得對(duì)復(fù)雜成形問(wèn)題的模擬分析成為可能，在優(yōu)化成形工藝、提高成形質(zhì)量、降低產(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本等方面將發(fā)揮潛在的重要作用。然而，目前的板料成形模擬技術(shù)仍存在諸多問(wèn)題亟待解決，因此仍是國(guó)際上成形領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)［3～5］。
　　本文以金屬板料成形過(guò)程為對(duì)象，研究利用彈塑性有限變形增量有限元方法模擬成形過(guò)程的技術(shù)。采用基于板殼理論的8節(jié)點(diǎn)殼單元，以Kirchhoff應(yīng)力張量和Green應(yīng)變張量作為應(yīng)力與應(yīng)變的度量，建立了有限變形的Updated Lagrangian列式。在此基礎(chǔ)上，提出了一種直接試錯(cuò)的接觸算法，在每一增量步進(jìn)行接觸搜索，之后交替進(jìn)行幾何協(xié)調(diào)處理與接觸力的協(xié)調(diào)處理，直至幾何協(xié)調(diào)與接觸力的協(xié)調(diào)同時(shí)滿足。通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算結(jié)果的比較，說(shuō)明采用的模擬算法是合理可行的。
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