钢制易拉罐深冲数值模拟

摘要

钢制易拉罐是一种新兴的包装容器，为了提高自身市场竞争力，就需要不断地进行工艺改进，从而达到降低生产成本的目的。即在保证易拉罐的强度、刚度和稳定性要求的前提下，不断降低对生产用材料的消耗，开发出厚度更薄、强度更高的生产用材料。而用数值法对易拉罐的拉深过程进行研究，可以满足上述工艺设计和改进的要求，并且还具有研发周期短、开发成本低的优势。 然而易拉罐拉深成形工艺涉及材料非线性、几何非线性(大变形)，以及复杂的边界条件(接触和摩擦)，影响因素很多，规律难以探寻。并且钢制易拉罐拉深成形过程自身的特点决定了工艺的难度，成形工艺所需的板料厚度在0．255mm左右，板料厚度较薄，生产工艺精细；且板料越薄，成形规律越复杂。这又给探求钢制易拉罐拉深成形规律增加了障碍，判别冲压效果增加难度。 所以本文综合多种因素，应用ANSYS/LS-DYNA软件对钢制易拉罐深冲过程进行了模拟，一方面，用模拟结果对易拉罐冲杯拉深过程的变形和受力理论进行验证，另一方面又根据易拉罐冲杯拉深过程的变形和受力理论制定合理的模拟方案，进一步探寻钢制易拉罐成形过程的影响因素。本文主要工作如下： 1、基于金属塑性加工理论分析易拉罐在冲杯拉深过程中的金属流动规律和受力情况；深刻理解并总结了易拉罐数值模拟的基本原理(有限单元法)，以便更准确地应用ANSYS/LS-DYNA对易拉罐的拉深过程进行数值模拟：应用ANSYS/LS-DYNA模拟易拉罐的拉深成形过程，分析并验证了易拉罐在成形过程中的受力情况和变形规律。 2、对板料的各向异性进行分析和研究，确定材料的各向异性对易拉罐成形质量的影响，包括成形杯件的高度变化，厚度分布规律及制耳率的变化；基于材料的各向异性，研究了易拉罐深冲工艺参数对成形杯件的高度、制耳率、侧壁厚度的影响，工艺参数包括：板料厚度、摩擦系数和压边力的大小。 本文基于数值模拟的易拉罐成形过程分析，对实际生产当中新材料开发和易拉罐生产工艺的改进具有一定的理论指导意义。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1背景介绍

1.2课题来源及课题研究意义和目的

1.3课题研究内容

1.4论文结构

第二章钢制易拉罐制罐成形工艺特点和基本规律

2.1 前言

2.2金属塑性成形的基本理论

2.2.1金属的塑性变形

2.2.2金属塑性变形的基本形式

2.3钢制易拉罐拉深变形的过程分析

2.3.1易拉罐拉深变形的过程及特点

2.3.2.拉深过程中变形毛坯各部分的应力和应变状态

2.3.3易拉罐拉深过程的力学分析

2.4材料因素对易拉罐成形性能的影响

2.4.1板料的冲压成形性能

2.4.2板料的力学性能

2.4本章小结

第三章易拉罐数值模拟的基本原理

3.1前言

3.2弹性力学问题有限元法的一般原理和表达格式

3.3弹塑性有限元法

3.3.1弹塑性矩阵的一般表达形式

3.3.2弹塑性有限元方程的建立

3.4动力显式算法

3.4.1弹性动力学有限元系统求解方程

3.4.2中心差分法

3.4.3中心差分法的求解步骤

3.4.4中心差分法的时间步长

3.5本章小结

第四章钢制易拉罐深冲数值模拟过程及结果讨论

4.1 ANSYS／LS-DYNA简介及其在板料冲压应用中的优势

4.2易拉罐冲杯拉深的数值模拟的建立

4.2.1易拉罐冲杯拉深数值模拟步骤

4.2.2模拟模型的建立

4.2.3材料本构关系选取

4.2.4边界条件确定

4.3数值模拟结果分析与结论

4.3.1模拟结果的初步分析

4.3.2数值模拟方案与结果讨论

4.3.2数值模拟方案与结果讨论：板料为平面各向同性

4.3.2数值模拟方案与结果讨论：板料为平面异性且平面向异性系数△R相等

4.3.2数值模拟方案与结果讨论：板料为平面各向异性且平面各向异性系数△R不相等

4.3.2数值模拟方案与结果讨论：板料厚度对易拉罐成形的影响

4.3.2数值模拟方案与结果讨论：摩擦地易拉罐成形的影响

4.3.2数值模拟方案与结果讨论：压边力对易拉罐成形的影响

4.4本章小结

第五章总结与展望

5.1论文总结

5.2未来展望

参考文献

作者在攻读学位期间公开发表的论文

附 录

致谢