高强度带钢辊弯成型的回弹预测研究

摘要

辊弯成型过程是一个复杂的变形过程,近年来先进高强度钢得到了越来越广泛的应用,由于该材料具有很高的硬化率,使其成型过程较常用的低碳钢增加了难度,特别是成型回弹的控制问题,已成为先进高强度钢辊弯成型的一个难点.有限元仿真的方法在辊弯成型中正获得越来越多的应用,该方法对于处理成型过程的仿真通常可以得到较好的结果,但对于处理成型回弹问题往往不够理想.原因是多方面的,其中材料模型存在不尽合理的地方,如未能考虑材料的包辛格效应.对于先进高强度钢的辊弯成型仿真,开发一种考虑包辛格效应的材料模型是一件有意义的工作.采用更加符合实际的材料模型,可使辊弯成型过程仿真更接近实际情况,这是成型形回弹仿真的基础,成型形回弹仿真将为成型回弹控制提供依据.回弹对成型产品的尺寸、形状精度有大的影响,尤其对一些加工硬化明显的材料,如先进高强度钢,影响更大. 本文利用有限元软件ABAQUS对先进高强度钢的辊弯成型进行了数值模拟.建立了U型截面辊弯成型仿真模型,对先进高强度钢DP800辊弯成型及回弹进行了分析. 本文采用混合硬化弹塑性本构关系,提出了基于弹性张量的应力补偿更新算法,引入等向强化系数,给出了有限元计算的步骤,基于ABAQUS/EXPLICIT平台开发了用户材料子程序VUMAT,并在单个单元模型中验证了其可靠性.本文对先进高强度钢辊弯成型回弹作了初步的有限元仿真分析,得出了模型参数对回弹影响的基本规律,对辊弯成型工艺具有指导意义. 研究结果表明:使用ABAQUS进行仿真时,利用显示算法计算板料辊弯成型,采用隐式算法计算回弹在理论上是可行的,实际应用中也有较高的效率和实用价值.从仿真结果可以得出:随着板料厚度的增加,材料的塑性屈服越显著,回弹角度变小.随着板料弯角半径的减小,材料的塑性屈服越显著,回弹角度变小;反之板料厚度减小,板料弯角半径增大,回弹角度变大,即先进高强度钢DP800的回弹量与板厚成反比,与弯角半径成正比. 本文对比分析了先进高强度钢辊弯回弹的仿真分析结果和BISWAS回弹公式计算结果.研究结果发现BISWAS回弹公式不能简单地应用于先进高强度钢的辊弯回弹计算,而应考虑屈服应力随弯曲角度增加而增大的特性,寻求新的计算方法.

目录

文摘

英文文摘

声明

引言

1先进高强度钢在辊弯成型中的应用

1.1先进高强度钢的应用

1.1.1先进高强度钢简介

1.1.2先进高强度钢在汽车工业的应用

1.1.3先进高强度钢在建筑业的应用

1.1.4其它领域应用

1.2先进高强度钢辊弯成型特性

1.2.1辊弯成型工艺简介

1.2.2先进高强度钢辊弯缺陷

1.3辊弯成型国内外研究现状及进展

1.3.1辊弯成形有限元数值仿真进展

1.3.2辊弯成形有限元数值仿真算法

1.3.3先进高强度钢辊弯成型研究内容

1.4回弹技术进展

1.4.1回弹问题的有限元仿真技术进展

1.4.2先进高强度钢辊弯成型回弹仿真的必要性及可行性

2弹塑性有限元法

2.1一般过程有限元数值模拟方法

2.1.1建立分析对象的几何模型

2.1.2建立分析对象的有限元模型

2.1.3成形过程模拟

2.1.4回弹计算

2.1.5仿真结果的后处理

2.2弹塑性本构关系

2.3 Von Mises屈服准则

2.4强化法则

2.4.1各向同性硬化

2.4.2运动硬化

2.4.3混合硬化

2.5包辛格效应

2.6各类塑性硬化模型的简单介绍

3辊弯成型仿真计算

3.1有限元分析方法

3.2 ABAQUS有限元仿真

3.2.1 Abaqus有限元分析模块

3.2.2壳体及有限变形理论

3.2.3建立有限元模型简例

3.2.4单位设定

3.2.5材料模型

3.3显式成型算法

3.4辊弯成型仿真模型

3.4.1建立几何模型

3.4.2建立有限元模型

3.4.3成型过程模拟

3.5辊弯成型仿真结果及分析

3.6回弹分析

3.7 BISWAS公式

3.8结论

4 ABAQUS用户材料子程序开发

4.1 ABAQUS用户材料子程序

4.1.1子程序概况与接口

4.1.2 UMAT变量说明

4.2用户子程序使用要点

4.3 VUMAT子程序算法及编程

4.4二次开发子程序在辊弯成型中的应用

4.4.1建立几何模型

4.4.2建立有限元模型

4.4.3成型过程模拟

4.5回弹分析

4.6结论

5结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

附录A程序

攻读硕士期间发表的论文

致谢