面积坐标四边形壳单元与板料成形有限元分析研究

摘要

在汽车制造、航空航天等工业生产中,板壳的应用极为广泛,而有限元法是板壳结构及变形过程数值分析中极为有效的方法.对于大变形板料成形问题来说,如何从板壳特点出发进一步提高单元分析精度和效率、提高板壳成形模拟的性能与成本的综合计算效益,一直是学术界和相关工业界的关注焦点和研究发展方向.该文基于对板壳成形计算和模拟诸多方面的考虑,根据变分原理推导了弹塑性有限元列式及其离散方程,对大变形弹塑性的几何和物理描述和计算方法进行了总结和比较.该文还对核壳成形动力显式有限元算法的关键技术问题进行了探讨与研究,构造了新型面积坐标四边形壳单元模型,推导了混合硬化弹塑性材料的应力应变计算方法,采用坐标变换和面积坐标插值确定接触点的位置、计算接触力,采用FLC曲线判定板壳成形行为进而对程序计算进行控制,以达到提高计算精度、缩短设计周期的目的.该文采用这些理论和模型开发了动力显式有限元软件,分析了板壳成形过程,对该文提出的方法进行了实例验证.