dynaform模拟教程

1、板成形回弹过程的计算机模拟板成形回弹过程的计算机模拟 板材回弹模拟的意义板材回弹模拟的意义板材成形过程中普遍存在有回弹问题，特别在弯曲和浅拉深板材成形过程中普遍存在有回弹问题，特别在弯曲和浅拉深过程中回弹现象更为严重，对零件的尺寸精度和生产效率造过程中回弹现象更为严重，对零件的尺寸精度和生产效率造成极大的影响，轿车覆盖件就是典型的例子。零件的最后回成极大的影响，轿车覆盖件就是典型的例子。零件的最后回弹形状是其整个成形历史的累积效应，而板材成形过程与模弹形状是其整个成形历史的累积效应，而板材成形过程与模具几何形状、材料特性、摩擦接触等众多因素密切相关，所具几何形状、材料特性、摩擦接触等众多因素密

2、切相关，所以板材成形的回弹问题非常复杂。这类问题必须借助数值模以板材成形的回弹问题非常复杂。这类问题必须借助数值模拟技术，用有限元方法拟技术，用有限元方法(FEM)来解决。来解决。 32)1 (1211EtMRRks式中式中k为曲率变化量，为曲率变化量，R为回弹前中面半径，为回弹前中面半径，RS回弹后中回弹后中面半径，面半径，E弹性模量，弹性模量，泊松比，泊松比，t回弹前板料厚度，回弹前板料厚度，M回弹回弹前板内弯矩。前板内弯矩。板材回弹的经典计算公式为：板材回弹的经典计算公式为： 从求解算法看，过去对回弹问题多采用与成形问题从求解算法看，过去对回弹问题多采用与成形问题相同的算法，即成形相同的

3、算法，即成形回弹全过程均采用同一算法，回弹全过程均采用同一算法，常用的有动态显式算法和静态隐式算法。动态显式常用的有动态显式算法和静态隐式算法。动态显式算法效率高、稳定性好，适于计算各种复杂成形问算法效率高、稳定性好，适于计算各种复杂成形问题，但用于回弹计算时效率极低。静态隐式算法在题，但用于回弹计算时效率极低。静态隐式算法在求解大型成形问题时效率低、收敛性差，但求解回求解大型成形问题时效率低、收敛性差，但求解回弹问题时其效率极高，往往经过一步或数步迭代即弹问题时其效率极高，往往经过一步或数步迭代即可获得很好的结果。可获得很好的结果。 板材回弹模拟的求解算法板材回弹模拟的求解算法从求解过程看，

4、回弹问题一般采用两种求解从求解过程看，回弹问题一般采用两种求解方法。第一种方法是工具（冲头、模具）与方法。第一种方法是工具（冲头、模具）与冲压方向的逆向移动，并且开始计算直到没冲压方向的逆向移动，并且开始计算直到没有节点接触到工具为止。第二种方法是利用有节点接触到工具为止。第二种方法是利用节点力节点力f f代替几何接触工具，代替几何接触工具，f f的值等于反作的值等于反作用力，首先针对所有的节点，再加上边界条用力，首先针对所有的节点，再加上边界条件：件：f f= =f f，最后开始计算直到所有节点，最后开始计算直到所有节点的力都消失。这两种方法计算出来的结果几的力都消失。这两种方法计算出来的结

5、果几乎没有差别，但它们的计算时间和步长是不乎没有差别，但它们的计算时间和步长是不同的。由于第一种方法每一步都需要进行接同的。由于第一种方法每一步都需要进行接触分析，故计算时间和步长较多。触分析，故计算时间和步长较多。板材回弹模拟精度板材回弹模拟精度 回弹模拟精度与成形过程应力场模拟精度密切相关，回弹模拟精度与成形过程应力场模拟精度密切相关，尤其是流过模具圆角部位材料变形的模拟，一直是板尤其是流过模具圆角部位材料变形的模拟，一直是板材成形数值模拟的重点和难点问题。材成形数值模拟的重点和难点问题。 为了得到满意的结果，必须精确控制成形过程为了得到满意的结果，必须精确控制成形过程中的每一个环节，以求

6、减少积累误差，提高应中的每一个环节，以求减少积累误差，提高应力场模拟精度；就回弹模拟过程本身而言，准力场模拟精度；就回弹模拟过程本身而言，准确性和收敛性已成为动态显式和静态隐式两种确性和收敛性已成为动态显式和静态隐式两种有限元模拟算法难以克服的瓶颈。另外，从有有限元模拟算法难以克服的瓶颈。另外，从有限元理论本质上讲，由于基于位移场的有限元限元理论本质上讲，由于基于位移场的有限元方法所得到的应力场模拟精度总是比位移场要方法所得到的应力场模拟精度总是比位移场要低，对于依赖应力场模拟精度的回弹问题而言，低，对于依赖应力场模拟精度的回弹问题而言，这是限制其模拟精度提高的一个重要因素这是限制其模拟精度提

7、高的一个重要因素 汽车纵梁成形及回弹过程的模拟汽车纵梁成形及回弹过程的模拟 汽车纵梁在整个汽车结构中占有非常重要的作汽车纵梁在整个汽车结构中占有非常重要的作用，就相当于人的脊椎一样重要，起着支撑整个用，就相当于人的脊椎一样重要，起着支撑整个结构的作用，一旦断了，整个车身就会散架。并结构的作用，一旦断了，整个车身就会散架。并且一套汽车纵梁成形的模具价值不菲，约为且一套汽车纵梁成形的模具价值不菲，约为60607070万元，对模具的修改既浪费时间又浪费金钱。万元，对模具的修改既浪费时间又浪费金钱。因此，对汽车纵梁在成形之前进行计算机模拟是因此，对汽车纵梁在成形之前进行计算机模拟是非常必要的。非常必要

8、的。 一般载货车的车架都是由左、右两根纵梁与若一般载货车的车架都是由左、右两根纵梁与若干根横粱经铆接或焊接成的框架结构。干根横粱经铆接或焊接成的框架结构。 汽车纵梁的形状汽车纵梁的形状 (a) (b) 整体纵量结构整体纵量结构模拟部分模拟部分汽车纵梁长汽车纵梁长8.16m，形状突变的区域集中在，形状突变的区域集中在1.5m的范围内，厚度为的范围内，厚度为7mm，最窄处的宽度，最窄处的宽度为为142mm，最宽处的宽度为，最宽处的宽度为237mm，高，高75mm，圆角半径为，圆角半径为8mm。 由于汽车纵梁对整个车身起支撑和连接的作用，故要求汽车由于汽车纵梁对整个车身起支撑和连接的作用，故要求汽车

9、纵梁具有足够高的强度。汽车纵梁成形使用的是高强度钢板纵梁具有足够高的强度。汽车纵梁成形使用的是高强度钢板。高强度钢板的。高强度钢板的s和和b比低碳钢板高得多，而比低碳钢板高得多，而n值和值和r值却比值却比较低，因此高强度钢板的成形性能比低碳钢板差。高强度钢较低，因此高强度钢板的成形性能比低碳钢板差。高强度钢板成形时不仅同样存在起皱和破裂问题，同时由于板成形时不仅同样存在起皱和破裂问题，同时由于s和和b高高，n值和值和r值低，影响贴模性的面畸变及形状冻结性问题更加值低，影响贴模性的面畸变及形状冻结性问题更加突出，因此要保证高强度钢板的冲压件质量，不仅要避免开突出，因此要保证高强度钢板的冲压件质量

10、，不仅要避免开裂与起皱，更重要的是要保证零件的尺寸和形状的精度，即裂与起皱，更重要的是要保证零件的尺寸和形状的精度，即回弹问题。针对贴模性问题，采用如图所示的模具布局图，回弹问题。针对贴模性问题，采用如图所示的模具布局图，即在凸模的下方加一个支撑头。即在凸模的下方加一个支撑头。汽车纵梁冲压成形模具分布图汽车纵梁冲压成形模具分布图凸模和支撑头一起向下运动。在模拟中实现起来比较凸模和支撑头一起向下运动。在模拟中实现起来比较困难，同时也增加了模拟的难度。根据相对运动的原困难，同时也增加了模拟的难度。根据相对运动的原理，将模具整个倒过来，如图理，将模具整个倒过来，如图(a)(a)所示，原来的凹模所示，

11、原来的凹模变为凸模，凸模变为凹模，支撑头成为压边圈，类似变为凸模，凸模变为凹模，支撑头成为压边圈，类似于反向拉伸，这样处理后就只有凸模运动，能够减少于反向拉伸，这样处理后就只有凸模运动，能够减少计算量。有限元模型如图计算量。有限元模型如图(b)(b)所示。所示。(b) (b) 模拟模具、毛坯分布图模拟模具、毛坯分布图（b）有限元模型图有限元模型图模拟结果与分析模拟结果与分析1.1.确定支撑力确定支撑力由于汽车纵梁的板材较厚，强度较高，需增加支撑力，由于汽车纵梁的板材较厚，强度较高，需增加支撑力，如没有支撑力或者支撑力太小，底部就会出现拱形，而如没有支撑力或者支撑力太小，底部就会出现拱形，而不是

12、设计的平直状，从而达不到成形的要求。当模具确不是设计的平直状，从而达不到成形的要求。当模具确定后，先根据经验确定一个初始的支撑力，然后利用计定后，先根据经验确定一个初始的支撑力，然后利用计算机模拟的方法来确定支撑力的大小。算机模拟的方法来确定支撑力的大小。 可以看出，纵梁的底部出现了弧线状，而不是设计可以看出，纵梁的底部出现了弧线状，而不是设计中的平直状，这是由于使用了高强度钢板的缘故，中的平直状，这是由于使用了高强度钢板的缘故，造成了板材不贴模现象，故在生产中和模拟中要使造成了板材不贴模现象，故在生产中和模拟中要使用支撑头。用支撑头。无支撑头成形间形状无支撑头成形间形状不同支撑力作用下纵梁的

13、形状不同支撑力作用下纵梁的形状200kN400kN800kN1200kN从从200kN200kN开始，通过不断增加支撑力来确定纵梁底部不出现弧形时的开始，通过不断增加支撑力来确定纵梁底部不出现弧形时的支撑力。从图中可以看出，直到支撑力为支撑力。从图中可以看出，直到支撑力为1200kN1200kN时，纵梁才离开原来时，纵梁才离开原来的水平位置，而成为平直的底部。故得出纵梁能够比较好地成形的支的水平位置，而成为平直的底部。故得出纵梁能够比较好地成形的支撑力为撑力为1200kN1200kN。毛坯形状及成形情况毛坯形状及成形情况毛坯形状的确定也是冲压成形工艺中需要解决的一个问题。由于板毛坯形状的确定也

14、是冲压成形工艺中需要解决的一个问题。由于板材冲压成形过程中材料的流动情况一般比较复杂，毛坯形状的确定材冲压成形过程中材料的流动情况一般比较复杂，毛坯形状的确定很困难。采用计算机模拟技术，能够比较准确地掌握一个给定零件很困难。采用计算机模拟技术，能够比较准确地掌握一个给定零件在冲压过程中的材料流动的情况，这就为零件毛坯形状的确定提供在冲压过程中的材料流动的情况，这就为零件毛坯形状的确定提供了有力的工具。了有力的工具。 （a) 模拟得到的毛坯图模拟得到的毛坯图（b b）成形后的纵梁）成形后的纵梁模拟纵梁成形过程图模拟纵梁成形过程图图中可以发现从第三个图开始图中可以发现从第三个图开始产生起皱，然后经

15、历了长大、产生起皱，然后经历了长大、减小到消失的过程。这个结果减小到消失的过程。这个结果是与实际情况非常接近是与实际情况非常接近 。(a) (a) 汽车纵梁成形后厚度分布图汽车纵梁成形后厚度分布图(b) 毛坯图毛坯图从图（从图（a)厚度分布中可以看出，汽车纵梁成形厚度分布中可以看出，汽车纵梁成形后厚度没有发生大的差异，只在四个转角处发后厚度没有发生大的差异，只在四个转角处发生了明显的厚度变化。之所以在转角处发生明生了明显的厚度变化。之所以在转角处发生明显的厚度的变化，是由于毛坯的长度大于压弯显的厚度的变化，是由于毛坯的长度大于压弯后翼面的长度，在压弯过程中，有多余的金属后翼面的长度，在压弯过程

16、中，有多余的金属存在。从毛坯形状图（存在。从毛坯形状图（b）中可以发现在四个）中可以发现在四个转角转角A、D、G、J处，多出一个三角形面积材处，多出一个三角形面积材料，这就使得翼面上有多余的金属存在。这部料，这就使得翼面上有多余的金属存在。这部分多余材料在成形中，一部分有向横向断面展分多余材料在成形中，一部分有向横向断面展开的趋势，一部分有增加板材厚度的趋势，另开的趋势，一部分有增加板材厚度的趋势，另外还有一部分沿着纵向展开的趋势。在四个三外还有一部分沿着纵向展开的趋势。在四个三角形的角形的A、D、G、J处顶点厚度变小，而该点处顶点厚度变小，而该点的对边，即多余材料的边则增厚。在成形终了的对边，即多余材料的边则增厚。在成形终了时，时，LM边处的厚度最厚，为边处的厚度最厚，为7.16mm，而，而A点点的厚度最薄，为的厚度最薄，为6.86mm。最厚的地方与最薄。最厚的地方与最薄的地方的厚度相差的地方的厚度相