【《5052铝合金无凸缘筒形件拉深成形损伤失效模拟分析案例》4000字】

5052铝合金无凸缘筒形件拉深成形损伤失效模拟分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u113145052铝合金无凸缘筒形件拉深成形损伤失效模拟分析案例 143411.1三种单元失效分析 1320061.2延性损伤单元失效形式 435695.2.1延性损伤的设置 5121025.2.2设置场变量 653025.2.3损伤结果 7304751.3多孔金属塑性的损伤形式 728995.3.1多孔金属塑性 87915.3.2设置场变量 827285.3.3损伤结果 9167161.4壳单元的FLD损伤失效 10101235.4.1Part 10163145.4.2Property创建材料属性 1266795.4.3Assembly 14223255.4.4Step 15236565.4.5创建接触关系、Load 16295935.4.6Mesh 16256875.4.7Job 17120635.4.8Visualization 17在5052铝合金无凸缘筒形件拉深成形数值模拟可知，由于采用的是显示计算，材料为5052铝合金，若想用3D可变形体设置变形坯料，不能采用成形极限图为损伤准则进行成形过程模拟，只能用延性损伤和PorcusMetalPlasticity(多孔金属塑性)进行模拟。在Abaqus中flsd与msfld或可损伤起始标准只能使用元素与平面应力公式。因此想用fld为损伤准则进行成形过程模拟，只能将变形体设置为壳单元。1.1三种单元失效分析如果要进行单元失效模拟首先就应该了解它的功能与目的。单元删除函数本身就是克服有限元自身缺陷的一种方法。由于有限元本身发展就是一个基于连续工作介质力学的，而在连续介质理学中，所研究的物体需要是通过连续的，既物质域在空间中连续。在这样的理论假设框架下，单元本身是不会消失的。然而，在实际应用中，由于损伤和断裂的存在，一些单元会完全消失或失效，为了模拟这种情况，ABAQUS提供了单元失效函数。单元失效情况一般可以概括为三种情况：1)金属材料的延性损伤单元失效形式，这种单元失效分析可以直接用来模拟研究材料由于损伤或其他重要原因可能导致刚度减小的情况。延性准则是一种现象学模型，用于预测由于空洞的成核，生长和聚结而引起的破坏的开始。该模型假设在破坏发生时具有相等的塑性应变，在Abaqus/Standard中，延性准则可以与Mises，Johnson-Cook，Hill和Drucker-Prager塑性模型相结合；在Abaqus/Explicit中，可以与Mises，Johnson-Cook，Hill和Drucker-Prager可塑性模型结合使用。模型，包括状态方程此方法可在显式模块下使用，其本身设计用于描述损坏对材料刚度衰减的影响，并且与帮助手册中的复合断裂密切相关。在这种方法中，ABAQUS设置一个STATUS变量来控制单元是否被删除。当该变量为1时，单位保留;当该变量为0时，单位被删除。两者之间没有中间量。由此可见，元素的缺失与损伤有关，损伤机制一般可概括为拉伸(韧性)损伤和剪切损伤两种情况。我主要是针对于延性损伤情况进行分析单元删除的，如果要用这种方法删除单元格就必须定义损伤。所以在Property中选择Ductiledamage，这一选项中包括了三个参数，一般是使用第一个，它的作用是当材料开始进入损伤(即，初始损伤)

，它代表等效塑性应变在损伤的开始，而其他的都设为0，如果我们所要进行模拟的情况中包含率依赖，或者是企采用Hill

Plasticity，则可以通过开启以及其后的选项和加温度控制状态研究变量。而在进行计算中由于我们只是通过采用金属的Mises，所以对于另外的选项不关心。另外需要注意的是Ductile

Damage要与Plasitic共同使用。在上述过程中，只定义了材料损伤的初始条件，当材料的损伤值达到1时，发生材料的最终失效，用户有必要定义材料的损伤演化。而在下面的一个问题选项Softening则是通过控制着具体位移（能量）与损伤进行对应关系。一般是选Linear线性，易于使用(其他的具体可以参考Abaqus

Analysis

User,sManual18.2.3)。接下来用户就要输入塑性位移值，最大损伤为1。参数是塑性位移率、单元特征长度(我把它作为单元长度)和等效塑性应变率，而损伤率采用不同拉伸强度极限值来控制。但损伤率之和可以达到1的时候，单元就此失效，其实就是一个单元的塑性应变和单元的长度大于你指定的值就会失效。2)成形极限（FLD）损伤。成形极限图（FLD）是Keeler和Backofen（1964）提出的一个有用的概念，用来确定材料在颈缩不稳定发生之前所能承受的变形量。片材在颈缩开始出现之前可以自己承受的最大应变称为成形极限应变。FLD是在主要（面内）的对数应变的空间的成形极限应变的曲线图。在随后的讨论中，主极限应变和二次极限应变分别指平面中主限应变的最大值和最低值。如图5-1所示，主要极限应变通常在垂直轴上表示，次要应变在水平轴上表示。连接变形不稳定状态的线称为成形极限曲线（FLC）。的FLC给出材料的片材的可成形性的感觉。通过Abaqus计算的应变可以与FLC进行比较，以确定所分析的成形工艺的可行性。图5-1成形极限图（FLD）FLD损伤引发标准要求的规格FLC以表格形式通过给出在损伤引发的主要主应变作为次要主应变的表格函数和可选、温度和预定义的字段变量。FLD的破坏启动标准由条件给出：ω其中的变量ωFLD是当前变形状态的函数，定义为当前主要主应变的比率，ε实验上，FLD是在双轴拉伸条件下测量的，没有弯曲效应。但是，在弯曲荷载作用下，大多数材料的极限应变远大于FLC的极限应变。为了避免预测弯曲变形下的早期损坏，Abaqus

使用贯穿单位厚度的中平面应变来评估

FLD

标准。对于具有一个多层的复合壳，在已指定FLD曲线的每一层的中平面处评估技术标准，以确保仅考虑双轴拉伸作用效果。因此，FLD该准则不适可以用于进行弯曲载荷下的建模分析失败；其他环境破坏网络模型（例如延性和剪切破坏）更适合此类载荷。一旦满足FLD破坏启动标准，就根据每个点的局部变形，通过每个元素的厚度在每个材质点独立驱动破坏的演变。因此，虽然弯曲效应不会影响FLD标准的评价，但它们可能会影响损坏的发生率。3)PorcusMetalPlasticity(多孔金属塑性)，用于模拟孔隙浓度较低的材料，其中相对密度大于0.9；基于具有空核的Gurson多孔金属可塑性理论，并在Abaqus/Explicit中定义了失效和根据势函数来定义多孔金属的非弹性流动，该势函数用单个状态变量相对密度来表征孔隙率。多孔金属可塑性模型可以与除一维元素（梁，管道和桁架元素）或假定应力状态为平面应力的元素（平面应力，壳和膜单元）以外的任何应力/位移元素一起使用。1.2延性损伤单元失效形式导致延展性金属断裂的两个方面主要作用机理是：空洞的成核，生长和聚结引起的延性断裂。剪切带局部化导致剪切断裂。根据现象学观察，这两种机制需要不同形式的损伤发生标准。延性准则是一个唯象模型，用来预测破坏的开始，由于空洞成核，生长和聚合。该模型设想在破坏发生时具有相等的塑性应变，在Abaqus/Standard中，延性准则可以与Mises，Johnson-Cook，Hill和Drucker-Prager可塑性模型相结合；在Abaqus/Explicit中，可以与Mises，Johnson-Cook，Hill和Drucker-Prager可塑性模型结合使用，模型状态方程。在上述模拟过程中，增加延性损伤的设置和场变量，其它的所有设置不变。延性损伤的设置在Property里打开材料管理，Edit。在Mechanical中找到DamageforDuctileMetalsDuctiledamage：FractureStrain:2.3Subopyions→DamageEvolution→Type:Displacement→Softening:Linear→Degradation:Maximum→DisplacementatFilure:0.1如图5-1所示。图5-1延性损伤设置设置场变量在Step里设置，通过为损伤变形设置损伤起始、状态变量、刚度退化。CreatFieldOutput→Failure/Fracture→DMICRT,SDEG→State/Field/User/Time→STATUS图5-2设置场变量损伤结果提交新的job，查看模拟结果。空白部分表示拉裂部分。图5-3延性损伤结果1.3多孔金属塑性的损伤形式多孔金属塑性，用于模拟孔隙浓度较低的材料，其中相对密度大于0.9；基于有空核的Gurson多孔金属可塑性理论，并在Abaqus/Explicit中定义了失效和根据势函数来定义多孔金属的非弹性流动，该势函数用单个状态变量相对密度来表征孔隙率。其值的变化同样在Property里设置。多孔金属塑性设置多孔金属塑性值。Porous

Metal

Platicity→Relative

density:0.98→q1=1.5,q2=1,q3=2.25Suboptions:

Total

volume

void

at

total

failure:0.04854Critical

void

volume

fraction:0.030103Void

Nucleation:

Mean=0.1,

Standard

Deviation=0.1,

Volume

Fraction=0.0249图5-4多孔金属塑性值设置场变量在Step里设置，通过为损伤变形设置损伤起始、状态变量、刚度退化三个场变量。CreatFieldOutput→Failure/Fracture→DMICRT,SDEG→State/Field/User/Time→STATUS图5-5设置场变量损伤结果提交新的job，查看模拟结果。空白部分表示拉裂部分，表明拉裂部分出现在拉深件底部圆角。图5-6多孔金属塑性损伤结果1.4壳单元的FLD损伤失效相对于前两个方案，壳单元的设置与上述有所不同，既要改变变形体的形式也要在材料的定义与场变量上有所调整，并且要设置与其相适应的网格类型。Part采用3DAnalyticalrigid（解析刚体）的形式建立上下模模腔模型，变形坯料以3D壳单元的形式建模。凸模为三个模型，分别为三道次的凸模。凹模为一个模型，为三次挤压凹模的组合，采用SI(mm)量纲。1）创建Punch1，Punch2，Punch3，Die。其创建方法与形式皆与上述4.2.1相同。2）创建BlankCreateParta.Name:Specimenb.ModelingSpace:3Dc.Type:Deformabled.Shape:Shelle.Basefeaturetype:Planarf.Approximatesize:300g.点击左侧工具区Createlines:CenterandPerimeter。绘制点坐标为（0,0），（134,0）的圆形。过（0,0）h.Done。图5-7Blank草绘图Property创建材料属性1）创建材料AA5052。AA5052的Density、Elasti、泊松比、Plastice数值不变。2）设置壳单元采用FLD损伤准则。采用基于NAKAZIMA的刚性凸模胀形试验获得成形极限曲线（FLD），将最大主应变和最小主应变输入，如下表5-1所示：表5-1成形极限曲线中的最大最小主应变值最大主应变最小主应变0.609-0.184330.51633-0.1570.46767-0.1410.39933-0.0460.38233-0.037330.32833-0.0260.3090.0190.378330.035670.698330.103670.721670.109333）创建截面属性。a.Name:Section-AA5052b.Category:Shellc.Type:Homogeneousd.Material:AA5052e.设置零件厚度为6。Value:6图5-8零件的厚度4)为Blank零件赋截面属性。AssignSection→Section:Section-AA5052，框选Blank零件区域,并选择外壳偏移量。图5-9截面赋予及外壳偏移Assembly1)选择Meshonpart。2)拖动鼠标来选中全部零件，点击ok。图5-10装配示意图按如下图5-11位置进行装配，使用移动Blank零件进行旋转。点击，选中Blank零件，Done，选定初始点x,y,z为（0，0，0）回车，选择第二个参考点x,y,z为(134，0，0)，旋转角度为90，Angleofrotation:90。全部零件沿Y轴对中。图5-11装配位置示意图为方便选择零件，将以上各零件及参考点分别设置集合。Tools→Set→Create→Set-blank，Set-die，Set-punch1，Set-punch2，Set-punch3。Step四个步骤和幅值曲线的设置同上，增加场变量的设置设置场变量。为损伤变形设置损伤