一種新型實(shí)體殼單元及其板料沖壓全工序仿真算法.pdf

1、近年來(lái)，有限單元法已經(jīng)成為一種重要的數(shù)值模擬手段，基于有限單元法的數(shù)值模擬軟件已經(jīng)在板料沖壓領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用?，F(xiàn)有的商業(yè)有限元數(shù)值模擬軟件主要采用薄膜單元和殼單元進(jìn)行板料沖壓過(guò)程模擬。但是，對(duì)于以汽車結(jié)構(gòu)件為代表的厚板件，薄膜單元和殼單元并不能準(zhǔn)確模擬板料變形。這是因?yàn)楸∧卧蜌卧己雎粤搜匕辶虾穸确较虻恼龖?yīng)力，且無(wú)法體現(xiàn)板料的雙面接觸效果。
　　為了彌補(bǔ)薄膜單元和殼單元存在的不足，本文提出了一種新的實(shí)體殼單元模型，建立了基

2、于該單元的動(dòng)力顯式算法，并成功開發(fā)出了一套實(shí)體殼單元板料沖壓全工序仿真算法。該算法既能有效反映成形過(guò)程中模具對(duì)板料的擠壓效果，又能準(zhǔn)確描述沿板料厚度方向的應(yīng)力分布，顯著改善了現(xiàn)有板料沖壓有限元數(shù)值模擬軟件在非平面應(yīng)力成形問(wèn)題中表現(xiàn)失真的問(wèn)題，大大提高了板料沖壓成形仿真和回彈預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性。
　　本文提出了一種無(wú)閉鎖現(xiàn)象和沙漏模式的新型實(shí)體殼單元。通過(guò)引入1個(gè)EAS（Enhanced Assumed Strain，改善擬應(yīng)變）內(nèi)部變量

3、，消除了單元的體積閉鎖和厚向閉鎖。采用ANS（Assumed Nature Strain，假設(shè)自然應(yīng)變）四點(diǎn)插值方法，克服了單元的梯形閉鎖和橫向剪切閉鎖。為了有效抑制面內(nèi)單點(diǎn)積分引起的沙漏模式，提出了對(duì)應(yīng)變轉(zhuǎn)換矩陣和協(xié)變應(yīng)變-位移矩陣Taylor展開，并對(duì)二者乘積進(jìn)行投影和重構(gòu)的方法，構(gòu)建了不產(chǎn)生過(guò)剛現(xiàn)象的物理穩(wěn)定化方法。采用若干經(jīng)典線性算例驗(yàn)證了該實(shí)體殼單元的計(jì)算精度和收斂速度。
　　建立了動(dòng)力顯式求解格式的實(shí)體殼單元成形仿真算

4、法，解決了板料拉深、彎曲、翻邊整形等大變形動(dòng)態(tài)接觸問(wèn)題仿真中的收斂性難題。提出了內(nèi)部變量的顯式凝聚方法，有效減少了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量。為了提高成形仿真的計(jì)算效率，提出了實(shí)體殼單元的自適應(yīng)網(wǎng)格加密技術(shù)，并采用沙漏應(yīng)力的繼承保證了單元的穩(wěn)定性。推導(dǎo)了服從Hill48、Yld91和Yld2004-18p屈服準(zhǔn)則的彈塑性本構(gòu)模型，為準(zhǔn)確描述各向異性板材的變形行為提供了前提條件。
　　基于建立的實(shí)體殼單元模型，開發(fā)了一套完整的板料沖壓全工序仿真算法