[发明专利]板料快速成形预测方法

说明书

本发明涉及一种板料快速成形预测方法，包括以下步骤：第一步、对凸模、凹模、压边圈和板料建模后进行网格划分；对二步、将板料的四周边界固定，然后将凸模运动一预设行程步使板料作弯曲变形并寻找约束节点，根据约束节点采用网格变形方法得到滑移约束面；第三步、将板料节点约束在所述滑移约束面上，使板料可在滑移约束面上流动，即将板料整体作拉伸变形；第四步、根据当前行程步的拉伸变形形状计算当前行程步的板料每个网格单元的应力应变，以及每个网格单元的厚度；第五步、重复执行第二步到第四步，直到凸模和凹模两者合模时为止。本发明能够满足设计阶段的及时响应需求，可以在较短的时间内实现板料成形的快速准确模拟。

技术领域

本发明涉及一种板料快速成形预测方法，属于板料成形技术领域。

背景技术

板料成形是用板料等薄壁型材等作为原材料进行冲压加工的方法。板料成形是汽车覆盖件制造的一个重要部分，它是一个涉及几何形状、材料物理以及接触摩擦三重非线性的复杂问题。早期依靠工程师直觉的经验法和试验法，虽然能在一定程度上满足制造的需求，但是具有周期长、费用高等缺点，因此人们试图通过数学和力学的工具来对这个问题进行研究。在众多的数学方法中，由于具有坚实的理论基础和良好的实践检验，有限元法成为模拟板料成形的一种有效数值方法。

根据计算原理的不同，有限元法可以分为动力显式有限元法和静力隐式有限元法。动力显式有限元法，虽然能够较为精确地模拟板料厚度等物理量分布，但是考虑到数值计算的稳定性因素，必须将计算过程中的时间步长设置地足够小，导致它需要大量的运行时间，满足不了模具设计阶段的快速响应需求；静力隐式有限元法尽管可以将时间步长设置地足够大，但是存在平衡方程数值求解的收敛性困难的问题，造成该算法在实际应用中受到很大限制。因此，研究实现一种具有良好收敛性的静力隐式有限元法，来快速准确地预测板料成形具有十分重要的理论意义和应用价值。

发明内容

本发明要解决技术问题是：克服上述技术的缺点，提供一种能够满足设计阶段的及时响应需求、可以在较短的时间内实现板料成形的快速准确模拟的方法。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种板料快速成形预测方法，包括以下步骤：

第一步、对凸模、凹模、压边圈和板料建模后进行网格划分；

第二步、将板料的四周边界通过压边圈固定，然后将凸模从板料处下压并运动一预设行程步使板料作弯曲变形；通过接触搜索算法寻找板料与凸模发生穿透的网格节点以及板料与凹模接触的网格节点作为约束节点，板料的其余网格节点作为自由节点；根据约束节点采用网格变形方法来求解当前行程步的板料预示形状作为滑移约束面；

第三步、将板料节点约束在所述滑移约束面上，使板料可在滑移约束面上流动，即将板料整体作拉伸变形；

根据虚功原理，内外力所做的虚功相等建立平衡方程，对该平衡方程使用迭代法进行求解，迭代收敛后得到板料当前行程步的所有节点的位移增量，从而得到当前行程步的拉伸变形形状；

第四步、根据当前行程步的拉伸变形形状计算当前行程步的板料每个网格单元的应力应变，并根据体积不变原理，即板料的每个网格单元变形前后的体积不变，计算得到变形后每个网格单元的厚度；

第五步、重复执行第二步到第四步，直到凸模和凹模两者合模时为止，最终得到板料成形的过程及变形情况。

本发明带来的有益效果是：本发明将板料的成形过程分解为弯曲变形和拉伸变形两个独立的变形过程，弯曲变形时板料的边界(即压边部分)固定不动(即边界形状不发生变化)，与凸模接触部分随着凸模前进某一行程步而发生弯曲变形形成滑移约束面，拉伸变形时在滑移约束面上进行滑动，拉伸变形前后板料的边界形状由于滑动发生了改变。