复杂金属板材渐进成形仿真技术研究

摘要

金属板材数字化成形技术是基于“分层制造”的思想发展起来的一种新兴金属板材快速成形技术,其过程不需要模具或仅需要简单支撑模具即可成形变形程度大,形状复杂的钣金零件,特别适合现代产品单件、小批量、低成本的敏捷制造,引起了国内外学者的广泛关注。但由于对其成形机理、成形工艺的研究不够完善,目前该技术还存在成形精度不高,成形范围比较窄等局限,离成熟工业化应用还存在一定距离。本文在分析渐进成形原理、成形过程中变形材料的力学状态的基础上,构建成形仿真路径,建立基于有限元仿真的复杂钣金零件渐进成形过程的方案。主要研究内容如下:
　　 (1)变形材料的力学状态分析。分析成形过程,根据材料流动情况划分不同的区域,并建立应力应变力学模型,研究不同区域材料受力状态,进而研究不同因素对成形精度的影响。
　　 (2)成形仿真路径构建。研究基于有限元仿真的成形路径加载方法,根据实际成形路径研究数据转化算法,开发专门的软件模型,进行成形路径与仿真路径之间数据转化。
　　 (3)复杂零件成形过程仿真。对复杂金属板材渐进成形过程进行物理、有限元模型建立,仿真参数的选择、边界约束和载荷的加载,以及成形仿真结果的分析,并以外形结构复杂的某型飞机封头为实例,使用ANSYS/LS-DANA软件进行成形有限元仿真,对该封头成形后的应力、应变等情况进行分析验证。

目录

文摘

英文文摘

图清单

表清单

注释表

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 金属板材渐进成形方法简介

1.3 金属板材渐进成形技术的应用

1.3.1 汽车制造方面的应用

1.3.2 医学方面的应用

1.3.3 其他领域的应用

1.4 渐进成形仿真的发展及现状

1.4.1 金属板材成形有限元仿真技术的发展

1.4.2 有限元仿真在金属板材渐进成形中的应用

1.5 选题意义与主要研究内容

1.6 本章小结

第二章 金属板材渐进成形原理及其力学分析

2.1 引言

2.2 金属板材渐进成形的特点

2.3 渐进成形过程的描述

2.4 渐进成形过程的理论分析

2.4.1 凸缘变形区(AB区)

2.4.2 已成形区(BC区)

2.4.3 接触变形区(CD区)

2.4.4 待变形区(DO区)

2.5 渐进成形数学模型

2.6 本章小结

第三章 金属板材渐进成形仿真

3.1 引言

3.2 金属板材渐进成形仿真算法简介

3.3 金属板材渐进成形过程

3.3.1 无模渐进成形

3.3.2 有模渐进成形

3.4 有限元模型的建立

3.4.1 单元的选择

3.4.2 实常数的定义

3.4.3 材料模型

3.4.4 实体模型

3.4.5 网格划分

3.4.6 约束条件的处理

3.4.7 接触的处理

3.5 成形工艺参数

3.5.1 虚拟成形速度

3.5.2 成形工具的运动轨迹

3.6 本章小结

第四章 金属板材渐进成形仿真路径加载

4.1 引言

4.2 金属板材渐进成形工艺

4.3 产品三维数学模型建立

4.3.1 NC代码的生成

4.3.2 代码转换软件设计

4.3.3 软件封装

4.3.4 有限元仿真

4.4 本章小结

第五章 复杂回转体渐进成形的有限元仿真

5.1 引言

5.2 渐进成形工艺过程的描述

5.3 物理模型

5.4 有限元模型

5.5 仿真参数

5.6 网格划分和接触的定义

5.7 边界约束和加载

5.8 金属板材渐进成形仿真结果分析

5.8.1 应力分析

5.8.2 应变分析

5.8.3 FLD分析

5.8.4 破裂分析

5.9 本章小结

第六章 基于LS-DYNA的封头零件渐进成形有限元仿真

6.1 引言

6.2 基于ANSYS/LS-DYNA的飞机起动机封头渐进成形有限元仿真

6.2.1 材料的定义

6.2.2 网格划分

6.2.3 定义接触界面

6.2.4 边界条件及载荷的施加

6.2.5 结果分析

6.3 本章小结

第七章 总结与展望

7.1 全文总结

7.2 研究展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文