板料液压成形数值模拟研究与软件开发

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1、摘要板料液压成形是一种先进的金属成形加工工艺，这种工艺具有模具成本低、模具制造周期短、成形极限高、成形质量高等特点。随着汽车轻量化的发展，液压成形在德美日韩等发达国家的应用越来越广泛。开展汽车覆盖件、摩托车油箱等复杂薄板件液压成形工艺，特别是数值模拟技术的研究，对提高生产与研究的效率，促进我国汽车工业的发展具有重要意义。现今进行板料成形工艺数值模拟的工具主要是基于动力分析程序LS-DYNA为求解器的FEMB和DYNAFORM两种软件，但此两种软件主要用于凹凸模刚性接触的冲压工艺的数值模拟。近年来，了液压胀管成形工艺的数值模拟功能块，虽然ETA公司在DⅥqAFORM中增加

2、但目前还没有板料液压成形的模拟功能块。因此，开发板料液压成形工艺的专用数值模拟软件，对推动液压成形工艺的研究与应用有很大意义。板料液压成形工艺的技术关键是成形过程中液压成形力和压边力之间的匹配关系，建立符合板料液压成形特点的成形力与压边力的动态加载模型是开发专用软件的必要条件和工作重心．首先，本文采用经典的弹塑性力学理论和现代的有限元分析相结合的方法，针对板料成形进行相关理论探讨。本文采用拉格朗日描述法表征板料成形过程的运动特点，并建立基于HILL屈服准则的弹塑性本构关系，以及探讨动力显示时间积分方法的有限元方程解法，为板料液压成形数值模拟的研究提供有力的理论基础。然后

3、，对汽车覆盖件、摩托车油箱等复杂薄板件的液压成形工艺进行分析，并以普通圆筒形零件为研究对象，探明该类零件液压成形的变形机理。通过板料液压成形工艺的变形特点分析，建立液压成形力和压边力的动态数学模型e(r)g旦仃)，并通过多次试验调整参数，以获得可以正确描述该类零件在液压成形过程中所需的液压成形力和压边力的匹配的工艺曲线．其次，根据板料液压成形工艺的特点，进行相关有限元模型的研究，确定此工艺特定所需的材料模型、网格类型、接触和摩擦模型，以及液压成形力与压边力的加载方式。并基于LS．DYNA的语言特点，运用功能强大的微软公司的广东工业大学工学硕士学位论文VisualBasi

4、c语言作为软件开发工具，开发出针对板料液压成形工艺的数值模拟专用软件BHFAl．0。最后，以摩托车油箱为比较对象，通过专用软件BHFAl．0与通用软件FEMB的比较试验，本软件的分析结果基本符合液压成形过程的工艺特点，同时也体现出了通用软件所不具备的的应用便利性与模拟分析的准确性，为进一步研究与推广液压成形工艺提供有效的工具，达到本文的研究目标。另外，本研究成果既可用于专用液压成形设备的开发，又可用于基于普通液压机改造的复杂薄板零件的液压成形生产工艺，能显著降低生产成本，提高产品质量。关键词板料液压成形复杂薄板件数值模拟软件开发Ab．qtraetBlankhydrofo

5、rmingisadvancedmetalformingprocess．Ithascharacterssuch鹊lowdiecost,shortmanufaeturingcycle，highforminglimitandgoodsurfacequality．Forvehieklelightweighting，hyaroformingprocessisappliedmoleandmoreextensivelyinmanydevelopedcountrysuelaasGermany,USAandJapan．Itisimportan∞toOpenuptoresearchhydr

6、oformingprocess,speciallyinsimulationtechnologyfieldforOUrautomobilemanufacturing．Itwouldimproveefficiencytoproducecomplexsheetpart，suchasautomantleandmotortank．Sofar,itismostlytolJseFEMBandDYNAFORMbasedOnLS．DYNAassimulationtoolsfor$hl七tmetalformingprocess．But。thosetwokindsofSOiht'dl'ea∞

7、mostlyappliedforrigidlytaagentpunchprocess．Receraty,DYNAFORMhasaddedapartofsimulationfunctionfortubehydro-bulgingprocess．But,thereisstillnofuneionpartforblankhydroformingsimulation．So，itissignificancetOdevelopaspecialsimulationsottwareforblankhydroformingprocess，anditwoul