基于有限元模拟的各向异性材料筒形件拉深凸耳消除方法
【专利摘要】本发明一种基于有限元模拟的各向异性材料筒形件拉深凸耳消除方法：(1)、选取任意两种具有各向异性的材料，板料A和板料B；(2)、首先用ABAQUS软件对其中板料A进行筒形件的拉深模拟仿真，观察结果；(3)、假设板料变形前后面积不变，在拉深之后的筒形件上选取其一圈节点，将这些节点一一映射到初始板料A上，记录这些映射点，并将圈外的板料剪切掉，然后得到新的板料尺寸；(4)、利用新的板料尺寸再次进行模拟仿真，观察结果；(5)、若依然残留部分凸耳，重复(2),(3)操作，直至没有凸耳；(6)、利用板料B再次验证该方法的可行性。本发明方法能有效消除凸耳现象，使各向异性材料在筒形件拉深时保证产品的质量，提高产品合格率及材料利用率。
【专利说明】
基于有限元模拟的各向异性材料筒形件拉深凸耳消除方法
技术领域
[0001]本发明涉及的是基于有限元模拟的各向异性材料筒形件拉深凸耳消除方法。适用于具有各向异性的材料的成形加工领域。
【背景技术】
[0002]金属板料成形作为现在最为常用的金属塑性加工技术，在车辆、航空航天、家电设计等制造领域占据非常重要的地位。随着新型结构、新型材料的不断出现，许多新的现象和规律有待金属材料加工者和金属成形工作者去探索，尤其是材料的各向异性的存在对金属成形的影响。
[0003]材料的各向异性的存在，会影响板料成形时其应变分布，壁厚和成形性能等。尤其表现在筒形件在拉深过程中极易产生凸耳现象。凸耳的产生对产品的质量有很大影响，一般产生位置在与乳制方向成45°的两条直径的端点上或者在与乳制方向各成0°和90°的直径端点上。凸耳的存在对产品的质量及材料费等有很大的影响，并且也增加了材料损耗、降低成品率、破坏了生产工序。另外凸耳的产生常伴随着工件侧壁沿切向厚度的不均匀，会影响产品的使用，严重情况下会导致凸耳处开裂。
[0004]本发明以金属板料冲压成形为工程背景，针对各向异性材料在筒形件拉深成形时所产生的凸耳现象，提出一种消除凸耳的方法。传统的研究方法主要有以下几种:
[0005]基于实验和简单的理论，展开成形毛坯，以得到合理的毛坯外形。这种方法虽然简单，但是只适用于一些规则形状的零件，对于一些成形复杂的零件，很难获得合理的毛坯外形。
[0006]拼合法是利用压延过程中凸缘材料流动进行的非连续性组合假设和整体转移假设，但是这种方法要想获得较高的准确度，就必须使假设对应的零件尽可能的缩小，现实中，这种方法并不适用，精度也比较低。
[0007]滑移线法通常用于求解等截面杯体及一些不规则形状的筒形件。但该方法只是出于平面应变状态，材料各向同性，且不考虑摩擦力分布对塑性流动的影响，这种方法依然有一定的局限性。
[0008]几何映射法是根据投影原理，遵循面积不变的原则，将零件表面的空间曲面三角形展开，近似确定坯料的外形与尺寸，并且将有限元思想引入几何映射。其根据毛坯展开又有不同的计算方法，如比例因子法、有限元增量法和有限元逆算法等。
[0009]本专利正是针对产生的凸耳现象所提出一种利用几何映射法、通过有限元模拟仿真的方式，得到消除凸耳现象的规律方法。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于提供一种基于有限元模拟的各向异性材料筒形件拉深凸耳消除方法，具体是通过有限元仿真软件对各向异性材料制作筒形件时所产生的凸耳进行消除，并保证其在可正常使用的范畴内。
[0011]本发明的目的实现:
[0012]传统的凸耳拉深实验是在实验室拉深试验机上完成的，那样既耗时又消耗了材料。随着科学技术的发展，计算机模拟类软件成为实验必备的一个环节。本发明就是依据ABAQUS软件，进行凸耳的拉深仿真试验，简单、方便、省时、省材。
[0013]具体步骤如下:
[0014]1、选取任意两种具有各向异性的材料，即板料A和板料B。
[0015]2、首先用ABAQUS软件对其中一种具有各向异性材料的板料A进行筒形件的拉深模拟仿真，观察结果。
[0016]3、假设板料变形前后面积不变，在拉深之后的筒形件上选取其一圈节点(该圈节点尽可能处于同一水平高度)，将这些节点一一映射到初始板料A上，记录这些映射点，并将圈外的板料剪切掉，然后得到新的板料尺寸。
[0017]4、利用新的板料尺寸再次进行模拟仿真，观察结果。
[0018]5、若依然残留部分凸耳，重复2，3操作，直至没有凸耳。此种方式得到得到板料拉深过程中不产生凸耳的合格板料尺寸。
[0019]6、利用另外一种具有各向异性的材料板料B再次验证该方法的可行性。
[0020]本发明具有的优点及功效:
[0021]利用几何映射法及ABAQUS有限元分析软件的结合，得到无凸耳的筒形件拉深仿真模拟结果。本发明所提的方法能够有效消除凸耳现象，使各向异性材料在筒形件拉深时可以很好的保证产品的质量，提高产品的合格率及材料利用率。
【附图说明】
[0022]图1为直接拉深板料A仿真得到有凸耳的模拟图像。
[0023]图2为修剪板料A后所得到无凸耳的模拟图像。
[0024]图3为材料A修剪前的板料尺寸。
[0025]图4为材料A修剪后的板料尺寸。
[0026]图5为直接拉深板料B仿真得到有凸耳的模拟图像。
[0027]图6为修剪板料B后所得到无凸耳的模拟图像。
【具体实施方式】
[0028]本发明一种基于基于有限元模拟的各向异性材料筒形件拉深凸耳消除方法，其【具体实施方式】如下:
[0029]1、选取任意两种具有各向异性的材料，即板料A和板料B。
[0030]2、首先用ABAQUS软件对其中一种具有各向异性材料的板料A进行筒形件的拉深模拟仿真，如图1、图2所示;观察结果，其中板料A尺寸大小形状见图3。
[0031]3、假设板料变形前后面积不变，在拉深之后的筒形件上选取其一圈节点(该圈节点尽可能处于同一水平高度)，将这些节点一一映射到初始板料A上，记录这些映射点，并将圈外的板料剪切掉，然后得到新的板料形状如图4。
[0032]4、利用新的板料尺寸再次进行模拟仿真，观察结果。
[0033]5、若依然残留部分凸耳，重复2，3操作，直至没有凸耳。此种方式得到得到板料拉深过程中不产生凸耳的合格板料尺寸。
[0034]6、利用另外一种具有各向异性的材料板料B再次验证该方法的可行性，如图5、6所不O
[0035]其中本发明方法所涉及的基本原理为几何映射法，以板料展开前后面积不变为基本原则进而实现不可展曲面的近视展开。具体做法是以成形后凸缘的最低点为参照点，取与该参照点处于同一高度的节点，并将这些节点一一映射到初始板料上，对多余的板料进行修剪，进而得到不产生凸耳的合格板料尺寸。
[0036]此方法仅为本发明较佳的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所示的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
【主权项】
1.一种基于有限元模拟的各向异性材料筒形件拉深凸耳消除方法，特征在于:该方法具体步骤如下: (I )、选取任意两种具有各向异性的材料，即板料A和板料B; (2)、首先用ABAQUS软件对其中一种具有各向异性材料的板料A进行筒形件的拉深模拟仿真，观察结果； (3)、假设板料变形前后面积不变，在拉深之后的筒形件上选取其一圈节点，将这些节点一一映射到初始板料A上，记录这些映射点，并将圈外的板料剪切掉，然后得到新的板料尺寸； (4)、利用新的板料尺寸再次进行模拟仿真，观察结果； (5)、若依然残留部分凸耳，重复(2)，(3)操作，直至没有凸耳； (6)、利用另外一种具有各向异性的材料板料B再次验证该方法的可行性。
【文档编号】G06F17/50GK106096094SQ201610377472
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】王海波, 阎昱, 李强, 何东
【申请人】北方工业大学