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液压成形数值仿真力学模型的适应性分析与软件工具开发

三通 钢都市 338℃ 0评论

由于通过液压成形技术可以制得具有高的强度和刚度的汽车零部件,同时它又大大节省了材料,显著缩短了加工时间,因此在近几十年得到了很快的发展,并在汽车轻量化中得到了越来越广泛的应用。

此外,随着电子计算机技术和现代精密控制技术特别是液压控制技术的进步,液压成形技术开始逐步应用于航空、航天、船舶等其他领域。但是在液压成形的数值仿真中,材料的力学模型、液压加载的模式以及其他工艺参数等都会影响计算机仿真的精度。论文在GF973项目的支持下,完成的主要研究成果总结如下:

1.本构模型的二次开发在深入研究了本构数值积分算法的基础上,采用半隐式向后Euler算法,针对三维Hill’48屈服准则,推导了该模型半隐式向后Euler算法方程式,编写了相应的计算程序。然后利用大型非线性有限元软件LS-Dyna提供的用户自定义接口平台——用户材料子程序UMAT,实现了三维Hill’48屈服准则的本构积分模块。通过单个单元单向拉伸和复杂液压成形,对嵌入的屈服准则进行了验证。此外,针对碳钢材料的T型三通管内高压成形,分别应用二维平面应力的Hill’48屈服准则和三维应力的Hill’48屈服准则进行液压成形计算机仿真,并和物理试验结果进行比较,以分析其适应性。结果发现,二次开发的力学模型能更好地反映碳钢材料的液压成形过程,其具有更高的精度。

2.液压成形快速建模仿真工具的开发在综合比较LS-Dyna自带前处理器LS-PrePost和Dynaform液压成形模块的基础上,利用C++语言开发了基于LS-Dyna求解器的液压成形快速建模仿真工具。该工具大大简化了液压成形前处理的操作,它包含了三种单元模式(常规壳单元、考虑法向应力壳单元、实体单元)、两种液压加载方式(压力加载、体积加载),同时还嵌入了新的二次开发的本构模型(Hill’48三维应力模型、Barlat’91平面应力模型、Barlat’91考虑法向应力模型)。与传统的液压成形建模软件工具相比,此软件工具提供了更加合理而又多样的材料模型,能更加真实地反映液压成形的过程。

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