采用试错接触算法的板料成形有限元模拟技术.doc

采用试错接触算法的板料成形有限元模拟技术
全文9页4198字 论述全面
摘要 以金属板料成形过程为对象，采用基于板壳理论的8节点壳单元，以Kirchhoff应力张量和Green应变张量作为应力与应变的度量，采用有限变形的Updated Lagrangian列式，研究有限元方法模拟成形过程的技术。在此基础上，提出了一种直接试错的接触算法，将非线性的接触边界条件线性化处理，接触处理与有限元计算相对独立。通过试验结果与计算结果的比较，说明采用的模拟算法是合理可行的。
关键词：金属板料 成形 有限元 模拟 接触
SIMULATION TECNOLOGY OF
SHEETMETAL FORMING WITH
TRIALANDERROR CONTACT
ALGORITHM
Kong Yongming
（Beijing University of Aeronautics & Astronautics）
Ma Zeen　Liu Laiying
（Northwestem Polytechnical University）
Abstract A method of sheet forming process simulation which employs elastoplastic incremental FEM involving finite deformation is presented.By applying the elastoplastic finite deformation theory and adopting 8node shell element,the author realized the numerical simulation of the threedimensional sheet metal forming.A direct trialanderror contact algorithm is proposed.This contact algorithm,in which the solving of FEM equationg and contact processing are relatively inependent,is of good convergence and computation efficiency.
Key words：Sheet metal Forming Finite element method Simulation Contact
0 前言
　　板料冲压成形是机械工业中一种重要的加工方法，在航空、宇航、汽车等制造领域均有着广
泛的应用。长期以来，保证成形零件的成形质量、降低废品率，一直是板料成形研究的目标［1，2］。从力学角度而言，板料成形是一个同时涵盖几何非线性、材料非线性、边界非线性的复杂的力学过程。以往，分析成形问题多采用基于塑性理论的解析方法，由于成形过程的物理复杂性，不得不作出较多的简化和假设，这就使得解析方法只能进行很简单的成形问题的分析。近些年发展起来的板料成形的有限元模拟技术，使得对复杂成形问题的模拟分析成为可能，在优化成形工艺、提高成形质量、降低产品开发成本等方面将发挥潜在的重要作用。然而，目前的板料成形模拟技术仍存在诸多问题亟待解决，因此仍是国际上成形领域的研究热点［3～5］。
　　本文以金属板料成形过程为对象，研究利用弹塑性有限变形增量有限元方法模拟成形过程的技术。采用基于板壳理论的8节点壳单元，以Kirchhoff应力张量和Green应变张量作为应力与应变的度量，建立了有限变形的Updated Lagrangian列式。在此基础上，提出了一种直接试错的接触算法，在每一增量步进行接触搜索，之后交替进行几何协调处理与接触力的协调处理，直至几何协调与接触力的协调同时满足。通过试验结果与计算结果的比较，说明采用的模拟算法是合理可行的。
参考文献
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2，Taylor L,Cao J.Numerical simulations of sheetmetal forming.J.Mater.Process.Technol.,1995,50(1～4)∶168～179
3，曹简板料成形数值模拟研究进展.海内外青年科学家论坛，1998
4，Kanto Y,Yagawa G.A dynamic contact bulkling analysis by the penalty finite element method.Int J.Numer.Methods Eng.1990,29(4)∶755～774
5，Galbraith P C,Hallquist J O.Shellelement formulations in LSDYNA3D:Their use in the modelling of sheetmetal forming.J.Mater.Process.Technol.,1995,50(1～4)∶158～167