板材多步逆成形計(jì)算方法及軟件實(shí)現(xiàn)

第1章 緒論……1

1.1 金屬板材沖壓成形概述……1

1.2 板材成形CAE分析常用軟件……2

1.3 Dynaform軟件設(shè)計(jì)思想……3

1.4 Dynaform軟件在產(chǎn)品及模具設(shè)計(jì)中的一般流程……4

第2章 金屬板料冷沖壓成形基礎(chǔ)……6

2.1 沖壓變形基礎(chǔ)理論……6

2.1.1 塑性變形的概念和塑性力學(xué)基礎(chǔ)……6

2.1.2 金屬塑性變形的基本規(guī)律……11

2.1.3 冷沖壓成形中的硬化現(xiàn)象……16

2.1.4 冷沖壓成形性能及其沖壓材料……18

2.1.5 冷沖壓成形中存在的主要問題及對(duì)策……24

2.2 材料的成形極限圖……28

2.2.1 沖壓成形極限的基本概念……28

2.2.2 板料塑性拉伸失穩(wěn)的概念……28

2.2.3 失穩(wěn)理論……29

2.2.4 成形極限圖(FLD)……30

2.2.5 確定成形極限圖的方法……32

2.2.6 影響成形極限曲線的因素……33

第3章 板材沖壓CAE分析基礎(chǔ)……35

3.1 Dynaform軟件有限元分析基礎(chǔ)……35

3.1.1 求解算法選擇……35

3.1.2 網(wǎng)格密度與形狀……35

3.1.3 單元尺寸控制……37

3.1.4 單元公式的選擇……38

3.1.5 沙漏現(xiàn)象……40

3.1.6 單位制……40

3.2 Dynaform軟件常用CAE模型……41

3.2.1 剛體材料模型……42

3.2.2 冪指數(shù)塑性材料模型……42

3.2.3 分段線性材料模型……44

3.2.4 厚向異性彈塑性材料模型……44

3.2.5 帶FLD的厚向異性彈塑性材料模型……45

3.2.6 3參數(shù)Barlat材料模型……46

第4章 Dynaform軟件應(yīng)用基礎(chǔ)……49

4.1 Dynaform軟件結(jié)構(gòu)……49

4.1.1 顯示窗口……49

4.1.2 菜單欄……51

4.1.3 圖標(biāo)欄……51

4.1.4 顯示選項(xiàng)……53

4.1.5 鼠標(biāo)功能……54

4.1.6 命名規(guī)范……54

4.1.7 對(duì)話框……54

4.1.8 屬性表……55

4.2 Dynaform軟件的基本功能……56

4.2.1 文件管理(File)……56

4.2.2 零件層控制(Parts)……57

4.2.3 前處理(Preprocess)……61

4.2.4 模面設(shè)計(jì)(DFE)……67

4.2.5 毛坯尺寸估算(BSE)……79

4.2.6 快速設(shè)置(SETUP)……86

4.2.7 工具定義……90

4.2.8 選項(xiàng)菜單……98

4.2.9 輔助工具……99

4.2.10 視圖選項(xiàng)……100

4.2.11 分析……101

第5章 Dynaform軟件應(yīng)用操作實(shí)例……102

5.1 數(shù)據(jù)庫操作……102

5.1.1 創(chuàng)建eta/Dynaform數(shù)據(jù)庫，設(shè)置分析參數(shù)……102

5.1.2 顯示/關(guān)閉零件層(Turning On/Off)……104

5.1.3 編輯數(shù)據(jù)庫中的零件層……104

5.1.4 當(dāng)前零件層……105

5.2 網(wǎng)格劃分……105

5.2.1 坯料網(wǎng)格劃分……105

5.2.2 曲面網(wǎng)格劃分……106

5.2.3 網(wǎng)格檢查……107

5.3 工具設(shè)置--傳統(tǒng)設(shè)置……109

5.3.1 從DIE零件層等距偏移出PUNCH零件層……109

5.3.2 創(chuàng)建BINDER零件層……111

5.3.3 分離BINDER和PUNCH零件層……112

5.3.5 工具定義……113

5.3.6 定義坯料，設(shè)置工藝參數(shù)……113

5.3.7 工具摘要……114

5.3.8 自動(dòng)定位工具……115

5.3.9 測量DIE的運(yùn)動(dòng)行程……116

5.3.10 定義DIE的速度曲線……116

5.3.11 定義壓邊圈(BINDER)的壓力曲線……117

5.3.12 預(yù)覽工具的運(yùn)動(dòng)……118

5.3.13 設(shè)置分析參數(shù)，求解計(jì)算……119

5.4 快速設(shè)置……120

5.4.1 從DIE中分離出BINDER……120

5.4.2 快速設(shè)置界面……121

5.4.3 定義工具……121

5.4.4 定義坯料……122

5.4.5 設(shè)置分析參數(shù)，求解計(jì)算……123

5.5 后處理……124

5.5.1 讀入結(jié)果文件d3plot到eta/Post……124

5.5.2 繪制變形過程……124

5.5.3 繪制變形過程、厚度變化過程和成形極限圖(FLD)……125

5.5.4 繪制單幀顯示的結(jié)果……125

5.5.5 錄制AVI電影文件和E3D文件……126

第6章 坯料工程和模面工程……127

6.1 坯料工程……127

6.1.1 產(chǎn)品成形性快速評(píng)估……127

6.1.2 坯料尺寸展開……132

6.1.3 坯料設(shè)計(jì)……135

6.1.4 排樣……137

6.2 模面工程……139

6.2.1 壓料面及工藝補(bǔ)充面的生成……140

6.2.2 拉延筋的生成……149

第7章 面包車后圍外板件沖壓成形分析實(shí)例……151

7.1 面包車后圍外板件的沖壓工藝分析……152

7.2 數(shù)據(jù)庫操作……152

7.2.1 創(chuàng)建和保存數(shù)據(jù)庫……152

7.2.2 導(dǎo)入模型……152

7.3 網(wǎng)格劃分……153

7.3.1 曲面網(wǎng)格劃分……153

7.3.2 網(wǎng)格檢查和修補(bǔ)……154

7.4 模面工程……154

7.4.1 沖壓方向的調(diào)整……154

7.4.2 內(nèi)部填充……155

7.4.3 添加工藝補(bǔ)充面……155

7.5 坯料工程……161

7.5.1 坯料尺寸估算……161

7.5.2 矩形包絡(luò)……164

7.5.3 偏置矩形輪廓線……164

7.5.4 生成毛坯網(wǎng)格……165

7.6 生成拉延筋曲線……165

7.7 工具定義--快速設(shè)置……166

7.8 提交工作……170

7.9 后處理……171

7.9.1 繪制零件成形的結(jié)果……171

7.9.2 繪制零件成形極限圖……172

7.9.3 零件厚度變化過程……172

第8章 高速鐵路承軌臺(tái)鋼模CAE分析實(shí)例……174

8.1 承軌臺(tái)工藝分析……174

8.2 模型的建立、網(wǎng)格劃分以及坯料預(yù)算……175

8.3 判斷是否能一次拉深成形……182

8.3.1 承軌臺(tái)工藝分析……182

8.3.2 中間模型的建立……183

8.4 首次成形……184

8.5 二次成形……193

第9章 帽形件彎曲回彈CAE分析……198

9.1 板材彎曲及回彈……198

9.2 帽形件彎曲回彈分析模型……201

9.3 Dynaform回彈分析參數(shù)設(shè)置……202

9.4 成形階段分析……208

9.5 回彈CAE分析……213

參考文獻(xiàn)……217

將一個(gè)普通的中序表達(dá)式轉(zhuǎn)換為逆波蘭表達(dá)式的一般算法是:

首先需要分配2個(gè)棧，一個(gè)作為臨時(shí)存儲(chǔ)運(yùn)算符的棧S1(含一個(gè)結(jié)束符號(hào))，一個(gè)作為輸入逆波蘭式的棧S2(空棧)，S1?？上确湃雰?yōu)先級(jí)最低的運(yùn)算符#，注意，中綴式應(yīng)以此最低優(yōu)先級(jí)的運(yùn)算符結(jié)束。可指定其他字符，不一定非#不可。從中綴式的左端開始取字符，逐序進(jìn)行如下步驟:

(1)若取出的字符是操作數(shù)，則分析出完整的運(yùn)算數(shù)，該操作數(shù)直接送入S2棧

(2)若取出的字符是運(yùn)算符，則將該運(yùn)算符與S1棧棧頂元素比較，如果該運(yùn)算符優(yōu)先級(jí)大于S1棧棧頂運(yùn)算符優(yōu)先級(jí)，則將該運(yùn)算符進(jìn)S1棧，否則，將S1棧的棧頂運(yùn)算符彈出，送入S2棧中，直至S1棧棧頂運(yùn)算符低于(不包括等于)該運(yùn)算符優(yōu)先級(jí)，最后將該運(yùn)算符送入S1棧。

(3)若取出的字符是"("，則直接送入S1棧頂。

(4)若取出的字符是")"，則將距離S1棧棧頂最近的"("之間的運(yùn)算符，逐個(gè)出棧，依次送入S2棧，此時(shí)拋棄"("。

(5)重復(fù)上面的1~4步，直至處理完所有的輸入字符

(6)若取出的字符是"#"，則將S1棧內(nèi)所有運(yùn)算符(不包括"#")，逐個(gè)出棧，依次送入S2棧。

完成以上步驟，S2棧便為逆波蘭式輸出結(jié)果。不過S2應(yīng)做一下逆序處理。便可以按照逆波蘭式的計(jì)算方法計(jì)算了!

第1章概論

1.1引言

1.2板材充液成形技術(shù)介紹

1.2.1板材充液成形技術(shù)發(fā)展歷史概況

1.2.2板材充液成形技術(shù)分類及成形原理

1.2.3板材充液成形技術(shù)特點(diǎn)

1.2.4板材熱介質(zhì)成形技術(shù)優(yōu)勢及影響因素

1.2.5世界上部分著名的充液成形研究機(jī)構(gòu)

1.3板材充液成形技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展及研究現(xiàn)狀

1.3.1橡皮囊液壓成形階段

1.3.2充液成形技術(shù)階段

1.3.3充液成形技術(shù)的應(yīng)用

1.4板材熱介質(zhì)充液成形技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.4.1板材熱介質(zhì)充液成形技術(shù)國內(nèi)外發(fā)展概況

1.4.2板材熱介質(zhì)成形技術(shù)設(shè)備國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.4.3板材熱介質(zhì)成形材料性能測試研究現(xiàn)狀

1.5發(fā)展趨勢

參考文獻(xiàn)

第2章本構(gòu)方程、屈服準(zhǔn)則及斷裂準(zhǔn)則

2.1本構(gòu)方程

2.1.1本構(gòu)方程定義與分類

2.1.2經(jīng)驗(yàn)本構(gòu)模型及建模方法

2.1.3基于內(nèi)變量的物理本構(gòu)模型

2.2屈服準(zhǔn)則

2.2.1屈服準(zhǔn)則定義

2.2.2穩(wěn)定塑性材料屈服面外凸性和塑性應(yīng)變增量法向規(guī)則

2.2.3Barlat系列各向異性屈服準(zhǔn)則簡介

2.2.4Barlat2000屈服準(zhǔn)則各向異性系數(shù)的計(jì)算

2.3斷裂準(zhǔn)則

2.3.1基于應(yīng)力三軸度的斷裂準(zhǔn)則

2.3.2基于應(yīng)變能或損傷閾值判斷的斷裂準(zhǔn)則

參考文獻(xiàn)

第3章基于單動(dòng)液壓機(jī)通用模架的充液拉深裝備及實(shí)例

3.1總體方案

3.2充液拉深通用模架的研制

3.2.1方案的確定

3.2.2超高壓液室的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其強(qiáng)度的有限元分析

3.2.3節(jié)能高效壓邊缸的設(shè)計(jì)

3.3液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.3.1方案的選擇

3.3.2充液拉深液壓控制系統(tǒng)工作原理

3.3.3超高壓減壓裝置的特點(diǎn)

3.3.4減壓裝置超高壓密封形式的選擇

3.4計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.4.1原理分析及方案的選擇

3.4.2計(jì)算機(jī)控制軟件的設(shè)計(jì)

3.4.3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的響應(yīng)性能分析

3.5板材充液成形設(shè)備實(shí)例

3.5.1HFS-300型充液拉深設(shè)備

3.5.2模架型式的充液成形裝備改造

3.5.3基于通用雙動(dòng)液壓機(jī)的充液成形裝備改造

第4章板材充液拉深溢流壓力模型及反向建模技術(shù)

4.1充液拉深溢流臨界壓力

4.1.1筒形件充液拉深液室溢流壓力模型

4.1.2筒形件充液拉深溢流后流體壓力模型

4.1.3方盒形件充液拉深液室溢流壓力模型

4.1.4方盒形件充液拉深溢流后流體壓力模型

4.2液體流動(dòng)計(jì)算模型的離散格式

4.2.1筒形件充液拉深液體流動(dòng)模型離散格式

4.2.2方盒形件充液拉深液體流動(dòng)模型離散格式

4.3充液室液體壓力的功能研究

4.3.1摩擦保持及溢流潤滑效果

4.3.2液室壓力對(duì)零件成形性的影響

4.3.3液室最高壓力與板材成形極限的關(guān)系

4.4軟拉延筋的功能分析

4.4.1筒形件充液拉深軟拉延筋

4.4.2方錐盒形件充液成形直邊與拐角處軟拉深筋的功能分析

4.5基于反向建模的精確材料模型優(yōu)化策略

4.5.1材料和模具工裝

4.5.2優(yōu)化方法

4.5.3確定目標(biāo)函數(shù)和變量

4.5.4使用優(yōu)化材料參數(shù)分析過程成形參數(shù)的作用

第5章基于先進(jìn)板材充液成形技術(shù)的衍生工藝措施

5.1方盒零件圓形凹模局部約束成形

5.1.1工具及材料

5.1.2模擬中的網(wǎng)格模型

5.1.3成形的盒形零件以及失效形式

5.1.4壁厚分布

5.1.5成形極限分析

5.1.6考慮軋制方向的坯料不同定位

5.2多層板充液成形:基于中間鋁箔成形的實(shí)驗(yàn)分析及數(shù)值模擬

5.2.1主要參數(shù)和數(shù)值模擬模型

5.2.2筒形件成形

5.2.3厚度分布

5.2.4討論分析

5.2.5起皺和破裂的防止

5.2.6成形極限的提高

5.2.7凹模型腔壓力變化的影響

5.3徑向加壓輔助充液拉深

5.3.1材料及有限元模型

5.3.2壓力邊界

5.3.3壓邊間隙

5.3.4凸模力

5.3.5預(yù)脹形

5.3.6工藝窗口

5.3.7精度分析

5.3.8壁厚分布

5.3.9成形極限預(yù)測

5.3.10失效模式

5.3.11摩擦因數(shù)的影響

5.3.12起皺預(yù)測

5.3.13平面各向異性

參考文獻(xiàn)

第6章典型復(fù)雜薄壁構(gòu)件充液成形分析

6.1小錐形件充液成形分析

6.1.1小錐形件充液成形過程有限元模型

6.1.2基本工藝條件及材料設(shè)定

6.1.3初始反脹壓力對(duì)成形的影響

6.1.4初始反脹高度對(duì)成形的影響

6.1.5液室壓力變化對(duì)成形的影響

6.1.6凸模與板材的摩擦因數(shù)對(duì)成形的影響

6.1.7小錐形件二次充液拉深過程數(shù)值模擬

6.1.8小錐形件初次拉深實(shí)驗(yàn)

6.1.9小錐形件二次拉深實(shí)驗(yàn)

6.2復(fù)雜微小w環(huán)成形工藝及其數(shù)值模擬

6.2.1W環(huán)基本特征描述

6.2.2W環(huán)成形工藝及模具結(jié)構(gòu)

6.2.3有限元模型的建立

6.2.4成形模擬實(shí)驗(yàn)方案

6.2.5上(下)模A與坯料的摩擦因數(shù)對(duì)初始成形的影響

6.2.6芯模與坯料的摩擦因數(shù)對(duì)初始成形的影響

6.2.7中模B與坯料的摩擦因數(shù)對(duì)初始成形的影響

6.2.8上模A與下模A的開模間距對(duì)初始成形的影響

6.2.9成形工藝參數(shù)優(yōu)化

6.2.10液室壓力加載曲線對(duì)初始成形的影響

6.3鋁合金方盒異型件充液成形

6.3.1零件特征及材料參數(shù)

6.3.2失穩(wěn)控制有限元分析

6.3.3實(shí)驗(yàn)研究

6.4飛機(jī)大型復(fù)雜雙曲度蒙皮充液成形數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究

6.4.1零件概述

6.4.2零件成形工藝設(shè)計(jì)

6.4.3數(shù)值模擬

6.4.4實(shí)驗(yàn)結(jié)果及零件缺陷分析

第7章板材熱介質(zhì)充液成形設(shè)備

7.1總體方案確定

7.2加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)

7.2.1加熱室主體加熱設(shè)計(jì)

7.2.2底加熱板設(shè)計(jì)

7.2.3模具加熱塊設(shè)計(jì)

7.2.4隔熱保溫設(shè)計(jì)

7.2.5各加熱部分功率設(shè)計(jì)

7.3冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

7.3.1液壓機(jī)機(jī)架部分冷卻

7.3.2增壓缸部分冷卻

7.4液室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其強(qiáng)度分析

7.5增壓裝置設(shè)計(jì)

7.6關(guān)鍵部位高溫高壓密封設(shè)計(jì)

7.6.1液室上的靜密封

7.6.2增壓缸筒上的動(dòng)密封

7.7液壓控制系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

7.7.1液壓控制系統(tǒng)

7.7.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

7.2.3模具加熱塊設(shè)計(jì)201

7.2.4隔熱保溫設(shè)計(jì)201

7.2.5各加熱部分功率設(shè)計(jì)202

7.3冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)203

7.3.1液壓機(jī)機(jī)架部分冷卻203

7.3.2增壓缸部分冷卻204

7.4液室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其強(qiáng)度分析205

7.5增壓裝置設(shè)計(jì)206

7.6關(guān)鍵部位高溫高壓密封設(shè)計(jì)207

7.6.1液室上的靜密封207

7.6.2增壓缸筒上的動(dòng)密封208

7.7液壓控制系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)209

7.7.1液壓控制系統(tǒng)209

7.7.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)209

第8章板材熱介質(zhì)成形力學(xué)解析211

8.1主應(yīng)力法力學(xué)解析基本方程211

8.1.1任意薄壁件回轉(zhuǎn)體平衡方程211

8.1.2塑性方程214

8.1.3應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系215

8.2筒形件充液拉深成形厚度法向應(yīng)力215

8.3筒形件溫?zé)峤橘|(zhì)拉深典型區(qū)域應(yīng)力解析217

8.3.1基本參數(shù)及有限元建模217

8.3.2法蘭應(yīng)力分析219

8.3.3凹模圓角應(yīng)力分析224

8.3.4筒壁處應(yīng)力分析232

參考文獻(xiàn)235

第9章三向應(yīng)力狀態(tài)板材充液成形應(yīng)力狀態(tài)及成形性分析236

9.1厚度法向應(yīng)力對(duì)屈服軌跡的影響236

9.1.1筒形件充液拉深在屈服軌跡上的應(yīng)力分布236

9.1.2平面應(yīng)力狀態(tài)下屈服軌跡變化238

9.2板材充液熱成形力學(xué)特征239

9.2.1(βav,ε)及(η,ω)坐標(biāo)空間239

9.2.2斷裂韌性與βav及η關(guān)系定性分析240

9.2.3流體壓力對(duì)板材充液成形應(yīng)力狀態(tài)的影響242

9.2.4有限元結(jié)果分析245

9.3(η，ω)空間Mohr-Coulomb斷裂軌跡實(shí)驗(yàn)確定248

9.4考慮厚度法向應(yīng)力的Smith模型251

9.4.1Smith模型應(yīng)力應(yīng)變分量251

9.4.2平面應(yīng)力條件下極限應(yīng)變確定252

9.4.3(βav,ε)及(η,ω)坐標(biāo)空間253

9.4.4理論預(yù)測結(jié)果分析254

9.5考慮厚度法向應(yīng)力的M-K修正模型257

9.5.1M-K模型及理論基礎(chǔ)257

9.5.2M-K模型求解258

9.5.3計(jì)算過程分析260

9.5.4結(jié)果及成形性改善分析261

第10章鋁合金板材脹形熱塑性變形行為及本構(gòu)模型研究268

10.1脹形實(shí)驗(yàn)獲得應(yīng)力應(yīng)變曲線的考慮269

10.1.1脹形實(shí)驗(yàn)獲得應(yīng)力應(yīng)變曲線原理269

10.1.2脹形中壓力率控制的考慮269

10.2脹形實(shí)驗(yàn)270

10.2.1脹形實(shí)驗(yàn)機(jī)及裝置270

10.2.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果272

10.3流動(dòng)應(yīng)力計(jì)算274

10.3.1脹形試樣球形度評(píng)估274

10.3.2脹形流動(dòng)應(yīng)力典型計(jì)算模型比較及流動(dòng)應(yīng)力計(jì)算276

10.3.3壓力率與應(yīng)變率的關(guān)系283

10.4板材熱介質(zhì)成形本構(gòu)模型285

10.4.1流動(dòng)應(yīng)力方程286

10.4.2硬化準(zhǔn)則287

10.4.3位錯(cuò)密度演化288

10.4.4基于微觀機(jī)制的熱脹形本構(gòu)方程289

10.5本構(gòu)方程參數(shù)確定290

10.5.1本構(gòu)方程離散數(shù)值格式290

10.5.2本構(gòu)模型中材料常數(shù)的確定291

10.6本構(gòu)方程的隱式積分法293

10.6.1徑向返回算法293

10.6.2切線剛度矩陣更新297

10.6.3有限元實(shí)現(xiàn)步驟301

參考文獻(xiàn)303

第11章筒形件熱油介質(zhì)拉深成形過程分析及回彈控制305

11.1充液熱成形與熱成形及常溫充液成形的對(duì)比307

11.2充液熱成形可控溫度場研究313

11.2.1等溫溫度場對(duì)材料性能的影響313

11.2.2差溫溫度場對(duì)材料性能的影響316