板材多步逆成形计算方法及软件实现

第1章 绪论……1

1.1 金属板材冲压成形概述……1

1.2 板材成形CAE分析常用软件……2

1.3 Dynaform软件设计思想……3

1.4 Dynaform软件在产品及模具设计中的一般流程……4

第2章 金属板料冷冲压成形基础……6

2.1 冲压变形基础理论……6

2.1.1 塑性变形的概念和塑性力学基础……6

2.1.2 金属塑性变形的基本规律……11

2.1.3 冷冲压成形中的硬化现象……16

2.1.4 冷冲压成形性能及其冲压材料……18

2.1.5 冷冲压成形中存在的主要问题及对策……24

2.2 材料的成形极限图……28

2.2.1 冲压成形极限的基本概念……28

2.2.2 板料塑性拉伸失稳的概念……28

2.2.3 失稳理论……29

2.2.4 成形极限图(FLD)……30

2.2.5 确定成形极限图的方法……32

2.2.6 影响成形极限曲线的因素……33

第3章 板材冲压CAE分析基础……35

3.1 Dynaform软件有限元分析基础……35

3.1.1 求解算法选择……35

3.1.2 网格密度与形状……35

3.1.3 单元尺寸控制……37

3.1.4 单元公式的选择……38

3.1.5 沙漏现象……40

3.1.6 单位制……40

3.2 Dynaform软件常用CAE模型……41

3.2.1 刚体材料模型……42

3.2.2 幂指数塑性材料模型……42

3.2.3 分段线性材料模型……44

3.2.4 厚向异性弹塑性材料模型……44

3.2.5 带FLD的厚向异性弹塑性材料模型……45

3.2.6 3参数Barlat材料模型……46

第4章 Dynaform软件应用基础……49

4.1 Dynaform软件结构……49

4.1.1 显示窗口……49

4.1.2 菜单栏……51

4.1.3 图标栏……51

4.1.4 显示选项……53

4.1.5 鼠标功能……54

4.1.6 命名规范……54

4.1.7 对话框……54

4.1.8 属性表……55

4.2 Dynaform软件的基本功能……56

4.2.1 文件管理(File)……56

4.2.2 零件层控制(Parts)……57

4.2.3 前处理(Preprocess)……61

4.2.4 模面设计(DFE)……67

4.2.5 毛坯尺寸估算(BSE)……79

4.2.6 快速设置(SETUP)……86

4.2.7 工具定义……90

4.2.8 选项菜单……98

4.2.9 辅助工具……99

4.2.10 视图选项……100

4.2.11 分析……101

第5章 Dynaform软件应用操作实例……102

5.1 数据库操作……102

5.1.1 创建eta/Dynaform数据库，设置分析参数……102

5.1.2 显示/关闭零件层(Turning On/Off)……104

5.1.3 编辑数据库中的零件层……104

5.1.4 当前零件层……105

5.2 网格划分……105

5.2.1 坯料网格划分……105

5.2.2 曲面网格划分……106

5.2.3 网格检查……107

5.3 工具设置--传统设置……109

5.3.1 从DIE零件层等距偏移出PUNCH零件层……109

5.3.2 创建BINDER零件层……111

5.3.3 分离BINDER和PUNCH零件层……112

5.3.5 工具定义……113

5.3.6 定义坯料，设置工艺参数……113

5.3.7 工具摘要……114

5.3.8 自动定位工具……115

5.3.9 测量DIE的运动行程……116

5.3.10 定义DIE的速度曲线……116

5.3.11 定义压边圈(BINDER)的压力曲线……117

5.3.12 预览工具的运动……118

5.3.13 设置分析参数，求解计算……119

5.4 快速设置……120

5.4.1 从DIE中分离出BINDER……120

5.4.2 快速设置界面……121

5.4.3 定义工具……121

5.4.4 定义坯料……122

5.4.5 设置分析参数，求解计算……123

5.5 后处理……124

5.5.1 读入结果文件d3plot到eta/Post……124

5.5.2 绘制变形过程……124

5.5.3 绘制变形过程、厚度变化过程和成形极限图(FLD)……125

5.5.4 绘制单帧显示的结果……125

5.5.5 录制AVI电影文件和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 产品成形性快速评估……127

6.1.2 坯料尺寸展开……132

6.1.3 坯料设计……135

6.1.4 排样……137

6.2 模面工程……139

6.2.1 压料面及工艺补充面的生成……140

6.2.2 拉延筋的生成……149

第7章 面包车后围外板件冲压成形分析实例……151

7.1 面包车后围外板件的冲压工艺分析……152

7.2 数据库操作……152

7.2.1 创建和保存数据库……152

7.2.2 导入模型……152

7.3 网格划分……153

7.3.1 曲面网格划分……153

7.3.2 网格检查和修补……154

7.4 模面工程……154

7.4.1 冲压方向的调整……154

7.4.2 内部填充……155

7.4.3 添加工艺补充面……155

7.5 坯料工程……161

7.5.1 坯料尺寸估算……161

7.5.2 矩形包络……164

7.5.3 偏置矩形轮廓线……164

7.5.4 生成毛坯网格……165

7.6 生成拉延筋曲线……165

7.7 工具定义--快速设置……166

7.8 提交工作……170

7.9 后处理……171

7.9.1 绘制零件成形的结果……171

7.9.2 绘制零件成形极限图……172

7.9.3 零件厚度变化过程……172

第8章 高速铁路承轨台钢模CAE分析实例……174

8.1 承轨台工艺分析……174

8.2 模型的建立、网格划分以及坯料预算……175

8.3 判断是否能一次拉深成形……182

8.3.1 承轨台工艺分析……182

8.3.2 中间模型的建立……183

8.4 首次成形……184

8.5 二次成形……193

第9章 帽形件弯曲回弹CAE分析……198

9.1 板材弯曲及回弹……198

9.2 帽形件弯曲回弹分析模型……201

9.3 Dynaform回弹分析参数设置……202

9.4 成形阶段分析……208

9.5 回弹CAE分析……213

参考文献……217

将一个普通的中序表达式转换为逆波兰表达式的一般算法是:

首先需要分配2个栈，一个作为临时存储运算符的栈S1(含一个结束符号)，一个作为输入逆波兰式的栈S2(空栈)，S1栈可先放入优先级最低的运算符#，注意，中缀式应以此最低优先级的运算符结束。可指定其他字符，不一定非#不可。从中缀式的左端开始取字符，逐序进行如下步骤:

(1)若取出的字符是操作数，则分析出完整的运算数，该操作数直接送入S2栈

(2)若取出的字符是运算符，则将该运算符与S1栈栈顶元素比较，如果该运算符优先级大于S1栈栈顶运算符优先级，则将该运算符进S1栈，否则，将S1栈的栈顶运算符弹出，送入S2栈中，直至S1栈栈顶运算符低于(不包括等于)该运算符优先级，最后将该运算符送入S1栈。

(3)若取出的字符是"("，则直接送入S1栈顶。

(4)若取出的字符是")"，则将距离S1栈栈顶最近的"("之间的运算符，逐个出栈，依次送入S2栈，此时抛弃"("。

(5)重复上面的1~4步，直至处理完所有的输入字符

(6)若取出的字符是"#"，则将S1栈内所有运算符(不包括"#")，逐个出栈，依次送入S2栈。

完成以上步骤，S2栈便为逆波兰式输出结果。不过S2应做一下逆序处理。便可以按照逆波兰式的计算方法计算了!

第1章概论

1.1引言

1.2板材充液成形技术介绍

1.2.1板材充液成形技术发展历史概况

1.2.2板材充液成形技术分类及成形原理

1.2.3板材充液成形技术特点

1.2.4板材热介质成形技术优势及影响因素

1.2.5世界上部分著名的充液成形研究机构

1.3板材充液成形技术国内外发展及研究现状

1.3.1橡皮囊液压成形阶段

1.3.2充液成形技术阶段

1.3.3充液成形技术的应用

1.4板材热介质充液成形技术国内外研究现状

1.4.1板材热介质充液成形技术国内外发展概况

1.4.2板材热介质成形技术设备国内外研究现状

1.4.3板材热介质成形材料性能测试研究现状

1.5发展趋势

参考文献

第2章本构方程、屈服准则及断裂准则

2.1本构方程

2.1.1本构方程定义与分类

2.1.2经验本构模型及建模方法

2.1.3基于内变量的物理本构模型

2.2屈服准则

2.2.1屈服准则定义

2.2.2稳定塑性材料屈服面外凸性和塑性应变增量法向规则

2.2.3Barlat系列各向异性屈服准则简介

2.2.4Barlat2000屈服准则各向异性系数的计算

2.3断裂准则

2.3.1基于应力三轴度的断裂准则

2.3.2基于应变能或损伤阈值判断的断裂准则

参考文献

第3章基于单动液压机通用模架的充液拉深装备及实例

3.1总体方案

3.2充液拉深通用模架的研制

3.2.1方案的确定

3.2.2超高压液室的结构设计及其强度的有限元分析

3.2.3节能高效压边缸的设计

3.3液压控制系统的设计

3.3.1方案的选择

3.3.2充液拉深液压控制系统工作原理

3.3.3超高压减压装置的特点

3.3.4减压装置超高压密封形式的选择

3.4计算机控制系统的设计

3.4.1原理分析及方案的选择

3.4.2计算机控制软件的设计

3.4.3计算机控制系统的响应性能分析

3.5板材充液成形设备实例

3.5.1HFS-300型充液拉深设备

3.5.2模架型式的充液成形装备改造

3.5.3基于通用双动液压机的充液成形装备改造

第4章板材充液拉深溢流压力模型及反向建模技术

4.1充液拉深溢流临界压力

4.1.1筒形件充液拉深液室溢流压力模型

4.1.2筒形件充液拉深溢流后流体压力模型

4.1.3方盒形件充液拉深液室溢流压力模型

4.1.4方盒形件充液拉深溢流后流体压力模型

4.2液体流动计算模型的离散格式

4.2.1筒形件充液拉深液体流动模型离散格式

4.2.2方盒形件充液拉深液体流动模型离散格式

4.3充液室液体压力的功能研究

4.3.1摩擦保持及溢流润滑效果

4.3.2液室压力对零件成形性的影响

4.3.3液室最高压力与板材成形极限的关系

4.4软拉延筋的功能分析

4.4.1筒形件充液拉深软拉延筋

4.4.2方锥盒形件充液成形直边与拐角处软拉深筋的功能分析

4.5基于反向建模的精确材料模型优化策略

4.5.1材料和模具工装

4.5.2优化方法

4.5.3确定目标函数和变量

4.5.4使用优化材料参数分析过程成形参数的作用

第5章基于先进板材充液成形技术的衍生工艺措施

5.1方盒零件圆形凹模局部约束成形

5.1.1工具及材料

5.1.2模拟中的网格模型

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成形极限分析

5.1.6考虑轧制方向的坯料不同定位

5.2多层板充液成形:基于中间铝箔成形的实验分析及数值模拟

5.2.1主要参数和数值模拟模型

5.2.2筒形件成形

5.2.3厚度分布

5.2.4讨论分析

5.2.5起皱和破裂的防止

5.2.6成形极限的提高

5.2.7凹模型腔压力变化的影响

5.3径向加压辅助充液拉深

5.3.1材料及有限元模型

5.3.2压力边界

5.3.3压边间隙

5.3.4凸模力

5.3.5预胀形

5.3.6工艺窗口

5.3.7精度分析

5.3.8壁厚分布

5.3.9成形极限预测

5.3.10失效模式

5.3.11摩擦因数的影响

5.3.12起皱预测

5.3.13平面各向异性

参考文献

第6章典型复杂薄壁构件充液成形分析

6.1小锥形件充液成形分析

6.1.1小锥形件充液成形过程有限元模型

6.1.2基本工艺条件及材料设定

6.1.3初始反胀压力对成形的影响

6.1.4初始反胀高度对成形的影响

6.1.5液室压力变化对成形的影响

6.1.6凸模与板材的摩擦因数对成形的影响

6.1.7小锥形件二次充液拉深过程数值模拟

6.1.8小锥形件初次拉深实验

6.1.9小锥形件二次拉深实验

6.2复杂微小w环成形工艺及其数值模拟

6.2.1W环基本特征描述

6.2.2W环成形工艺及模具结构

6.2.3有限元模型的建立

6.2.4成形模拟实验方案

6.2.5上(下)模A与坯料的摩擦因数对初始成形的影响

6.2.6芯模与坯料的摩擦因数对初始成形的影响

6.2.7中模B与坯料的摩擦因数对初始成形的影响

6.2.8上模A与下模A的开模间距对初始成形的影响

6.2.9成形工艺参数优化

6.2.10液室压力加载曲线对初始成形的影响

6.3铝合金方盒异型件充液成形

6.3.1零件特征及材料参数

6.3.2失稳控制有限元分析

6.3.3实验研究

6.4飞机大型复杂双曲度蒙皮充液成形数值模拟及实验研究

6.4.1零件概述

6.4.2零件成形工艺设计

6.4.3数值模拟

6.4.4实验结果及零件缺陷分析

第7章板材热介质充液成形设备

7.1总体方案确定

7.2加热系统设计

7.2.1加热室主体加热设计

7.2.2底加热板设计

7.2.3模具加热块设计

7.2.4隔热保温设计

7.2.5各加热部分功率设计

7.3冷却系统设计

7.3.1液压机机架部分冷却

7.3.2增压缸部分冷却

7.4液室结构设计及其强度分析

7.5增压装置设计

7.6关键部位高温高压密封设计

7.6.1液室上的静密封

7.6.2增压缸筒上的动密封

7.7液压控制系统及计算机控制系统

7.7.1液压控制系统

7.7.2计算机控制系统

7.2.3模具加热块设计201

7.2.4隔热保温设计201

7.2.5各加热部分功率设计202

7.3冷却系统设计203

7.3.1液压机机架部分冷却203

7.3.2增压缸部分冷却204

7.4液室结构设计及其强度分析205

7.5增压装置设计206

7.6关键部位高温高压密封设计207

7.6.1液室上的静密封207

7.6.2增压缸筒上的动密封208

7.7液压控制系统及计算机控制系统209

7.7.1液压控制系统209

7.7.2计算机控制系统209

第8章板材热介质成形力学解析211

8.1主应力法力学解析基本方程211

8.1.1任意薄壁件回转体平衡方程211

8.1.2塑性方程214

8.1.3应力应变关系215

8.2筒形件充液拉深成形厚度法向应力215

8.3筒形件温热介质拉深典型区域应力解析217

8.3.1基本参数及有限元建模217

8.3.2法兰应力分析219

8.3.3凹模圆角应力分析224

8.3.4筒壁处应力分析232

参考文献235

第9章三向应力状态板材充液成形应力状态及成形性分析236

9.1厚度法向应力对屈服轨迹的影响236

9.1.1筒形件充液拉深在屈服轨迹上的应力分布236

9.1.2平面应力状态下屈服轨迹变化238

9.2板材充液热成形力学特征239

9.2.1(βav,ε)及(η,ω)坐标空间239

9.2.2断裂韧性与βav及η关系定性分析240

9.2.3流体压力对板材充液成形应力状态的影响242

9.2.4有限元结果分析245

9.3(η，ω)空间Mohr-Coulomb断裂轨迹实验确定248

9.4考虑厚度法向应力的Smith模型251

9.4.1Smith模型应力应变分量251

9.4.2平面应力条件下极限应变确定252

9.4.3(βav,ε)及(η,ω)坐标空间253

9.4.4理论预测结果分析254

9.5考虑厚度法向应力的M-K修正模型257

9.5.1M-K模型及理论基础257

9.5.2M-K模型求解258

9.5.3计算过程分析260

9.5.4结果及成形性改善分析261

第10章铝合金板材胀形热塑性变形行为及本构模型研究268

10.1胀形实验获得应力应变曲线的考虑269

10.1.1胀形实验获得应力应变曲线原理269

10.1.2胀形中压力率控制的考虑269

10.2胀形实验270

10.2.1胀形实验机及装置270

10.2.2实验结果272

10.3流动应力计算274

10.3.1胀形试样球形度评估274

10.3.2胀形流动应力典型计算模型比较及流动应力计算276

10.3.3压力率与应变率的关系283

10.4板材热介质成形本构模型285

10.4.1流动应力方程286

10.4.2硬化准则287

10.4.3位错密度演化288

10.4.4基于微观机制的热胀形本构方程289

10.5本构方程参数确定290

10.5.1本构方程离散数值格式290

10.5.2本构模型中材料常数的确定291

10.6本构方程的隐式积分法293

10.6.1径向返回算法293

10.6.2切线刚度矩阵更新297

10.6.3有限元实现步骤301

参考文献303

第11章筒形件热油介质拉深成形过程分析及回弹控制305

11.1充液热成形与热成形及常温充液成形的对比307

11.2充液热成形可控温度场研究313

11.2.1等温温度场对材料性能的影响313

11.2.2差温温度场对材料性能的影响316