Z形型材滚弯成形有限元模拟及数值分析

摘要

本文对型材滚弯成形过程及回弹进行了深入的研究,采用有限元方法对滚弯成形过程及回弹进行了数值模拟。首先介绍了型材滚弯的特点和应用,总结了国内外关于型材弯曲回弹问题理论研究的现状及发展趋势,阐述了论文的立题背景和意义。然后,对型材滚弯基本原理及滚弯过程中遇到的问题做了详尽的叙述。接着对滚弯成形过程中涉及到的材料、几何及接触三大非线性问题和影响回弹量的因素进行了分析和归纳,详尽阐述了型材滚弯成形回弹数值模拟的有限元方法,为后文的有限元模拟提供了理论基础。型材滚弯成形过程是一个动力学过程,因此采用显式和隐式算法相结合的有限元方法对Z形型材的滚弯成形加工过程和回弹进行了数值模拟,分析了型材滚弯回弹的应力、应变情况。揭示了型材厚度、滚弯半径、摩擦系数与型材回弹之间的影响规律,并研究了不同的型材厚度、滚弯半径、摩擦系数在滚弯成形过程中的应力、应变情况,以探求回弹的内在作用机理。对型材成形性能和壁厚进行了模拟,从而改善成形过程。为了探求多因素对型材回弹共同作用的情况,进行了正交模拟试验,确定了各因素对型材回弹影响的主次,并对型材回弹工艺参数进行了初步优化。在此基础上为了减少型材滚弯成形有限元模拟的时间,组建了BP神经网络。并对减小回弹的几种工艺措施进行了初步的研究,对提高滚弯成形零件的加工精度具有一定的指导意义。

目录

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 引言

1.2 课题背景及研究意义

1.3 国内外研究现状及发展趋势

1.4 课题的主要内容

2 型材滚弯回弹理论基础

2.1 型材弹塑性弯曲变形理论

2.2 型材滚弯成形过程的基本原理

2.3 型材回弹理论分析

2.3.1 滚弯回弹产生的原因

2.3.2 型材弯曲回弹的影响因素

2.3.3 型材滚弯回弹半径一般表达式

2.4 滚弯成形中的非线性问题

2.4.1 材料非线性分析

2.4.2 几何非线性分析

2.4.3 接触摩擦理论与算法

2.5 小结

3 滚弯成形参数确定及试验

3.1 滚弯成形运动坐标关系式的建立

3.1.1 设备结构和工作原理

3.1.2 各运动方向坐标参数关系式的建立

3.1.3 二维成形控制机构位置关系的几何尺寸

3.2 滚轮参数的确定

3.2.1 滚轮结构的选取

3.2.2 滚轮参数的确定

3.3 Z形型材弯曲试验

3.4 小结

4 型材滚弯成形数值模拟

4.1 滚弯过程数值模拟的显式有限元方法

4.1.1 动力学虚功率方程

4.1.2 动力学有限元方程

4.1.3 显式有限元求解方法

4.2 型材滚弯成形过程模拟

4.2.1 ANSYS/LS-DYNA软件介绍

4.2.2 Z形型材滚弯成形过程有限元模拟

4.3 Z形型材滚弯成形结果分析

4.3.1 滚弯成形过程各向应力变化

4.3.2 滚弯成形过程应力、应变中性层变化

4.3.3 型材滚弯成形壁厚变化分析

4.3.4 不同因素下的应力、应变分析及型材壁厚变化

4.3.5 型材滚弯成形性能分析

4.4 小结

5 型材回弹数值模拟

5.1 型材回弹数值模拟方法

5.1.1 静力学有限元方程

5.1.2 隐式有限元求解方法

5.1.3 型材滚弯回弹的显-隐式算法

5.2 型材回弹模拟

5.2.1 型材回弹有限元模拟

5.2.2 回弹量的衡量及曲率半径的计算

5.3 型材回弹结果分析

5.3.1 回弹结果的验证

5.3.2 各因素对回弹的影响

5.3.3 回弹前后应力、应变比较

5.4 小结

6 正交模拟试验及人工神经网络的建立

6.1 型材滚弯回弹正交模拟试验

6.1.1 正交表的选取和型材滚弯成形试验结果

6.1.2 正交试验结果分析

6.2 基于BP神经网络对型材滚弯回弹的预测

6.2.1 BP人工神经网络技术概述

6.2.2 BP神经网络模型的建立

6.2.3 型材滚弯回弹的BP神经网络仿真

6.3 回弹补偿的措施初探

6.3.1 工艺控制法进行回弹补偿

6.3.2 几何法进行回弹补偿

6.3 小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

在校学习期间发表的论文