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钣金成型例题讲解一、背景当前，制造行业加工工艺的趋势正朝着高新技术的方向发展。
由于新产品、新技术的开发成本太高、开发时间过长，加上开发成果没有保障，越来越多的公司在研发、制造过程中开始注重仿真技术的应用。
采用ABAQUS对加工工艺进行模拟有着诸多优点：1.数值模拟减少了耗时的原型实验，缩短了产品投放市场的时间；2.合理的参数设计可以降低对工件的损耗；3.合理的坯料设计，减少了飞边，也减少原材料的浪费；4.对模具的设计、加工提供合理建议；5.优化加工过程，提高产品成型质量；采用ABAQUS进行仿真模拟的目的：1.节约开发成本2.加快研发速度3.提高产品质量二、问题的描述本实例模拟油箱的冲压成型过程。
图1为实际的油箱形状，是由两个如图2所示的结构组成，考虑冲压成型过程中，它的结构的对称性，我们通过建立图3所示的结构，对其进行模拟分析，达到分析整个油箱成型分析的目的。
首先，我们将通过ABAQUS/CAE完成图4所示的装配图，其中平面铝板将被冲压成型为图3的结构。
三、建立模型3.1创建成型模具－阳模1、首先运行ABAQUS/CAE ，在出现的对话框内选择Create Model Database 。
2、在主菜单model 中命名新建模型为Forming example ，并保存文件为examle_forming.cae 。
3、从Module 列表中选择Part ，进入Part 模块。
4、选择Part→Create 来创建一个新的零件。
在提示区域会出现这样一图1图 2成型模具－阳模金属板压边条成型模具－阴模图4图3图5个信息。
5、CAE 弹出一个如图5的对话框。
将这个零件命名为punch ，确认Modeling Space 、Type 和BaseFeature 的选项如下图。
输入300作为Approximate size 的值。
点击Continue 。
ABAQUS/CAE 初始化草图，并显示格子。
6、在左侧工具条上点击 ，在提示栏中依次输入下表的坐标点，采用图标 连接1和2点、6和7点，采用连接图中2、3、4点和4、5、6点。
基于ABAQUS软件的热冲压成形接触问题分析1. 引言1.1 背景介绍热冲压成形是一种重要的金属压制加工方法，广泛应用于汽车制造、航空航天等领域。
热冲压成形可以在金属板材加工过程中实现快速成形和高精度，同时也能改善材料的塑性变形性能。
热冲压成形接触问题是该工艺中的关键问题之一，直接影响产品质量和加工效率。
通过对热冲压成形接触问题的深入研究，可以优化工艺参数，提高成形质量和效率，降低生产成本。
目前，随着计算机仿真技术的发展，研究人员可以利用ABAQUS 等有限元软件对热冲压成形接触问题进行数值模拟分析。
通过建立合适的模型和边界条件，可以模拟实际加工过程中的力学行为和热传导过程，得到准确的结果。
基于ABAQUS软件的热冲压成形接触问题分析已经成为研究的重要方向，有助于揭示工艺中的关键问题，指导实际生产中的操作。
1.2 研究目的热冲压成形是一种先进的金属成形工艺，在汽车、航空航天和其他工业领域具有广泛应用。
研究旨在探讨基于ABAQUS软件的热冲压成形接触问题分析方法，以提高热冲压成形工艺的效率和成形质量。
具体目的包括：1. 分析热冲压成形中的接触问题，探讨接触压力分布、接触变形和接触面积等关键参数对成形质量的影响。
2. 建立热冲压成形接触问题的数值模拟方法，深入研究不同参数下的接触行为，为优化工艺提供理论依据。
3. 开展热冲压成形接触问题的实例分析，验证数值模拟方法的准确性和可靠性，为工程实践提供指导。
通过对热冲压成形接触问题的深入研究，旨在为提高热冲压成形工艺的稳定性、成形精度和生产效率提供理论支持，推动热冲压成形技术的进步和发展。
1.3 研究意义热冲压成形是一种在汽车工业、航空航天等领域广泛应用的先进制造工艺，其通过将金属材料在高温下进行塑性变形，以获得复杂形状和高强度的零部件。
研究热冲压成形接触问题对于优化成形工艺、提高产品质量和降低生产成本具有重要意义。
研究热冲压成形接触问题可以帮助了解成形工艺中材料之间的接触行为，验证成形过程中的接触压力分布和接触面积变化等参数。
板件冲压成型分析、背景描述当前，制造行业加工工艺的趋势正朝着高新技术的方向发展。
由于新产品、新技术的开发成本太高、开发时间过长，加上开发成果没有保障，越来越多的公司在研发、制造过程中开始注重仿真技术的应用。
采用ABAQUS 对加工工艺进行模拟有着诸多优点：1.数值模拟减少了耗时的原型实验，缩短了产品投放市场的时间；2.合理的参数设计可以降低对工件的损耗；3.合理的坯料设计，减少了飞边，也减少原材料的浪费；4.对模具的设计、加工提供合理建议；5.优化加工过程，提高产品成型质量；采用ABAQUS 进行仿真模拟的目的：1.节约开发成本2.加快研发速度3.提高产品质量二、问题描述1、本实例是关于板件的冲压成型仿真模拟，图 1 为拉延模具三维实体，图2为模具上模的刚性实体，图 3 为模具下模的刚性实体，图 4 为模具压边圈的刚性实体，图5 为毛坯的初始形状，其中定义上模、压边圈、下模为离散刚性的，即在模拟过程中假设这几个部件不发生变形，只有毛坯件发生变形，完成冲压，在分析过程中定义毛坯为可变性的。
图1拉延模三维模型图2模具上模刚性实体图3模具下模刚性实体图4压边圈刚性实体图5毛坯初始形状2、将上述模具四部分进行装配，其中上模在最上端，下模在最下端，压边圈在下模上，毛坯在压边圈下方下模上放着，在模具冲压的过程中，下模固定不动, 由上模向下运动来实现板料的冲压成型，压边圈在上模下压之前已将将板料压紧，防止板料在拉伸的过程毛坯串动，和提高拉伸后型面质量。
拉着板料的边缘, 使拉伸时板料不易起皱。
下图6模具为在abaqus中的装配体。
图6模具装配体3、定义毛坯的材料属性，进入属性模块，定义新材料名称为steel,该材料的密度为7.85E-9,杨氏模量为210000,泊松比为0.31,定义塑性属性为图7所示, True stress (MPa) Log plastic stra in910.01310.15910-21710.64910-22110.17710-12510.39510-12910.77610-13310.1393910.295图7材料的属性定义4、创建截面类型别壳，类型为均质的截面，同时将截面特性赋予给毛坯。
Abaqus回弹计算过程回弹分析我倒是做过两个，说下简要步骤吧，同样是仅供参考啊1.首先用·explicit做成型过程的分析，加载方式选位移加载比较好，加载的幅值选smooth step（平滑变化）2.可适当的用质量放大来加快这一准静态分析的过程3.分析完成后可用standard观察工件的回弹，具体做法是：1.Model-Copy Model2.在新复制的模型中仅留下成型件，删除其他一切无关的边界条件以及上下模，包括在Explicit中定义的接触属性3.在step模块中创建predefine field request-others-initial state-last frame/last step（导入的job名称为之前做成型分析的那个job的名称）4.删除原来所有的后续分析步，并新建一个static，general的分析步5.创建一个新的作业提交分析，并观察回弹大致就是这样吧，希望对你有用！回弹分析，从explicit导入standard计算。
先copy explicit中模型进入standard模块，然后做一下改进，删除各个part、set和surface等，只留下需要回弹分析的变形体。
删除分析步，删除接触和属性。
然后在step中建立一个static分析步骤。
设置计算为非线性。
然后定义居于前面成形结果的回弹分析，在Model Tree中打开Predefined Fields，选择Initia 作为分析步，Other最为类别，选择Initial State，然后在视窗中选择需要分析的回弹体，然后点击done，然后Edit Predefined Field，选择你成形分析的job名字。
然后一致ok下去，对称的边界哦条件还要施加。
你可以在amplitude中设置，比如说你分析步设置时间为6s，然后在amplitude中设置0，0；4，1（也就是在4秒时冲头应景达到了要求的位移，也就是液晶冲完，那么剩下的2秒就是停留的时间了），然后在另外设置一个分析步把冲头往回移就可以了小弟这些天正好在做冲压回弹，刚做成功，从simwe论坛上学了很多东西。
Abaqus回弹计算过程回弹分析我倒是做过两个，说下简要步骤吧，同样是仅供参考啊1.首先用·explicit做成型过程的分析，加载方式选位移加载比较好，加载的幅值选smooth step（平滑变化）2.可适当的用质量放大来加快这一准静态分析的过程3.分析完成后可用standard观察工件的回弹，具体做法是：1.Model-Copy Model2.在新复制的模型中仅留下成型件，删除其他一切无关的边界条件以及上下模，包括在Explicit中定义的接触属性3.在step模块中创建predefine field request-others-initial state-last frame/last step（导入的job名称为之前做成型分析的那个job的名称）4.删除原来所有的后续分析步，并新建一个static，general的分析步5.创建一个新的作业提交分析，并观察回弹大致就是这样吧，希望对你有用！回弹分析，从explicit导入standard计算。
先copy explicit中模型进入standard模块，然后做一下改进，删除各个part、set和surface等，只留下需要回弹分析的变形体。
删除分析步，删除接触和属性。
然后在step中建立一个static分析步骤。
设置计算为非线性。
然后定义居于前面成形结果的回弹分析，在Model Tree中打开Predefined Fields，选择Initia作为分析步，Other最为类别，选择Initial State，然后在视窗中选择需要分析的回弹体，然后点击done，然后Edit Predefined Field，选择你成形分析的job名字。
然后一致ok下去，对称的边界哦条件还要施加。
你可以在amplitude中设置，比如说你分析步设置时间为6s，然后在amplitude中设置0，0；4，1（也就是在4秒时冲头应景达到了要求的位移，也就是液晶冲完，那么剩下的2秒就是停留的时间了），然后在另外设置一个分析步把冲头往回移就可以了小弟这些天正好在做冲压回弹，刚做成功，从simwe论坛上学了很多东西。
研究与开发合成纤维工业ꎬ２０１９ꎬ４２(２):１６ＣＨＩＮＡ㊀ＳＹＮＴＨＥＴＩＣ㊀ＦＩＢＥＲ㊀ＩＮＤＵＳＴＲＹ㊀㊀收稿日期:２０１８￣１０￣０２ꎻ修改稿收到日期:２０１９￣０１￣２５ꎮ作者简介:张华伟(１９８３ )ꎬ男ꎬ讲师ꎬ主要从事纤维增强复合材料的研究与教学工作ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｚｈａｎｇｈｗ＠ｎｅｕｑ.ｅｄｕ.ｃｎꎮ基金项目:国家自然科学基金项目(５１４７５０８６)ꎻ河北省自然科学基金项目(Ｅ２０１６５０１１１８)ꎻ中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(Ｎ１７２３０４０３６)ꎻ河北省高等学校科学技术研究重点项目(ＺＤ２０１７３１５)ꎮ㊀∗通信联系人ꎮＥ￣ｍａｉｌ:２４７３２８２１０＠ｑｑ.ｃｏｍꎮ基于ＡＢＡＱＵＳ的碳纤维复合材料板热冲压成形仿真张华伟ꎬ李博宏∗(东北大学秦皇岛分校控制工程学院ꎬ河北秦皇岛０６６０００)摘㊀要:基于ＡＢＡＱＵＳ有限元分析软件对碳纤维增强聚醚醚酮(ＰＥＥＫ)复合材料板的热冲压成形工艺进行模拟ꎬ分析了复合材料在热冲压过程中的受力及变形特性ꎬ探讨了纤维铺层夹角㊁复合材料板层数和复合层类型对其成形性能的影响ꎮ结果表明:可以利用复合材料的工程常数建立材料的本构模型ꎻ在复合层类型的选择中ꎬ 三维实体￣连续壳 更符合实际情况ꎬ仿真效果更好ꎻ复合材料的纤维铺层夹角是其热冲压成形的主要影响因素ꎬ而且同其他的纤维铺层夹角(０ʎꎬ３０ʎꎬ４５ʎ)相比ꎬ复合材料在铺层夹角为９０ʎ时热冲压受力较好ꎬ但应变也较大ꎬ容易发生破坏ꎻ当总厚度一定时ꎬ复合材料板层数对材料的受力无明显影响ꎻ选择复合层类型为连续壳㊁９０ʎ夹角的复合材料板建立热冲压模型ꎬ仿真效果最好ꎮ关键词:碳纤维㊀复合材料㊀热冲压成形㊀有限元模型㊀模拟仿真中图分类号:ＴＱ３４２＋.７４㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀文章编号:１００１￣００４２(２０１９)０２￣００１６￣０５㊀㊀复合材料是由两种或多种不同性质的材料用物理和化学方法在宏观尺度上组成的具有新性能的材料ꎮ通常来说ꎬ复合材料除了具有其组合材料的原始性能之外ꎬ还会产生一些原来组分材料所没有的新的性能ꎬ从而使得复合材料在强度㊁刚度㊁热力学等性能上有了一定幅度的改善[１]ꎮ碳纤维增强树脂基复合材料具有较高的强度ꎬ相对比金属材料来说ꎬ更加耐腐蚀㊁绝缘性好㊁制作方式简单ꎮ而且ꎬ碳纤维复合材料的密度小㊁比强度高ꎬ具有较好的轻量化效果和抗冲击性能ꎮ但这种材料也有其不足之处:材料各向异性严重㊁常温下成形性能差㊁生产成本较高等ꎮ张琦等[２]研究了碳纤维复合材料板的非等温模具热冲压ꎬ并以实验与有限元仿真结合的方式对纤维编织复合材料进行了分析ꎮ堵同亮等[３]建立了碳纤维编织复合材料的超弹性本构模型ꎬ研究了碳纤维编织复合材料在冲压成形带有双曲率曲面的结构件时的纤维重新排布和重新取向ꎮ但这些研究多数是以细观力学的分析方法来对复合材料冲压工艺仿真建模ꎬ对于从宏观的角度利用工程常数建模仿真的研究还相对较少[４－８]ꎮＡＢＡＱＵＳ软件是一款功能强大的有限元分析软件ꎮ在工程应用方面ꎬＡＢＡＱＵＳ基于丰富的单元库ꎬ可以用于模拟绝大多数的常见工程材料ꎬ如金属㊁聚合物㊁复合材料㊁橡胶等ꎮ作者利用ＡＢＡＱＵＳ软件对碳纤维复合材料板的宏观力学行为进行了研究ꎬ建立了碳纤维复合材料板在高温状态下的本构模型ꎬ在此基础上构建了碳纤维复合材料热冲压成形的有限元模型ꎬ完成了成形过程的有限元仿真ꎬ对比了不同的复合层类型㊁铺层角度㊁铺层层数对碳纤维复合材料板热冲压成形的影响ꎬ研究结果对于碳纤维复合材料零件在汽车轻量化上的应用[９]具有一定的指导意义ꎮ１㊀实验１.１㊀原材料连续碳纤维:牌号为Ｔ１１００Ｇꎬ日本东丽公司生产ꎻ聚醚醚酮(ＰＥＥＫ)树脂:牌号为ＫＴ￣８２０ＮＬꎬ熔点３４０ħꎬ索尔维集团产ꎮ１.２㊀碳纤维增强ＰＥＥＫ复合材料的制备对于碳纤维增强ＰＥＥＫ复合材料ꎬ工业上常采用热压法进行制备ꎮ其主要工艺流程为:首先将碳纤维和预处理过的ＰＥＥＫ薄膜交替铺层在清洗干净的模具中ꎬ然后将模具放入已经预热一段时间的平板硫化机内ꎬ将温度提升到一特定温度ꎬ同时加压至设定的压力ꎬ保压一段时间ꎮ待到温度自然冷却至ＰＥＥＫ树脂的玻璃化转变温度以下ꎬ完成脱模ꎬ则可以得到碳纤维增强ＰＥＥＫ复合材料板[１０－１１]ꎮ设置参数:热压温度３９５ħꎬ热压压力２.５ＭＰａꎮ１.３㊀复合材料板工程常数的拟定对于仿真建模来说ꎬ此处可以利用复合材料的工程常数来建立碳纤维复合材料板的本构模型ꎬ即从细观力学入手设置参数ꎬ最后结合宏观力学的方法来进行仿真模拟分析ꎮ复合材料工程弹性常数共有９个ꎬ即该材料的三个方向上的弹性模量(Ｅ１ꎬＥ２ꎬＥ３)㊁三个方向上的泊松比(ｖ１２ꎬｖ１３ꎬｖ２３)和三个方向上的剪切模量(Ｇ１２ꎬＧ１３ꎬＧ２３)ꎮ其中Ｅ１为主方向上的弹性模量ꎬ即本材料中的连续纤维方向ꎮ通过相关文献可以查得常温下碳纤维复合材料的Ｅ１为１５０~４５０ＧＰａ[１２]ꎮ横截面积为Ａꎬ连续纤维与基体的横截面积分别为ＡｆꎬＡｍꎬ于是有:σ１Ａ＝σｆＡｆ＋σｍＡｍ(１)式中:σ１为主方向上的应力ꎻσｆ为连续纤维截面应力ꎻσｍ为基体的应力ꎮ考虑到应力与模量的关系ꎬ则有:Ｅ１＝ＥｆＡｆＡ＋ＥｍＡｍＡ(２)式中:Ｅｆ为连续纤维截面的弹性模量ꎻＥｍ为基体的弹性模量ꎮ其他工程常数可选用ＰＥＥＫ材料的基本参数[１３－１５]ꎮ因此ꎬ拟定采用的复合材料工程常数如表１所示ꎮ表１㊀碳纤维增强复合板材工程常数Ｔａｂ.１㊀Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｃｏｎｓｔａｎｔｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｌａｔｅ项目参数Ｅ１/ＭＰａ３２８００.０Ｅ２/ＭＰａ４８.３Ｅ３/ＭＰａ４８.３ｖ１２０.４ｖ１３０.４ｖ２３０.４Ｇ１２/ＭＰａ１１.４Ｇ１３/ＭＰａ１１.４Ｇ２３/ＭＰａ１１.４１.４㊀基于ＡＢＡＱＵＳ的冲压成形仿真建模方案在ＡＢＡＱＵＳ中进行几何建模ꎬ建立半球冲压仿真的模型ꎬ设定Ｚ方向为冲压方向ꎮ将冲头㊁压边框以及下模视为刚体ꎮ进行网格划分时ꎬ对于碳纤维复合材料板ꎬ选择了常规壳和连续壳两种复合层类型ꎬ其网格单元选择Ｓｈｅｌｌ中的Ｓ４Ｒ(常规壳)和ＣｏｎｔｉｎｕｕｍＳｈｅｌ１中的ＳＣ８Ｒ(连续壳)单元类型[１６－１９]ꎬ其余部件如冲头等采取仿真分析中常用的Ｃ３Ｄ１０Ｍ单元类型ꎮ为了保证精度ꎬ板材采用细化网格ꎬ同时为了提高运算效率ꎬ对冲头㊁压边框和下模采用粗网格划分ꎬ如图１ꎮ图１㊀热冲压模型示意Ｆｉｇ.１㊀Ｓｋｅｔｃｈｏｆｓｔａｍｐｉｎｇｍｏｄｅｌ㊀㊀设定碳纤维增强ＰＥＥＫ复合材料板处于２００ħ适宜冲压的状态ꎬ选用实验试件为厚度０.３ｍｍꎬ边长为５００ｍｍ的正方形材料板ꎬ用于成形热冲压深度为１００ｍｍ的半球形拉伸件ꎮ复合层纤维铺层夹角选取４种方式ꎬ即０ʎ㊁间隔３０ʎ㊁间隔４５ʎ( 米 字型铺层)与９０ʎ( 十 字型铺层)排布ꎮ复合层的层数与每层厚度由被冲压材料板的总厚度确定ꎬ即总厚度不变ꎬ单层材料厚度与层数成反比ꎮ冲压板总厚度为０.３ｍｍꎬ复合层层数设置为６ꎬ８ꎬ１２ꎬ２０ꎬ３０层５个等级ꎮ２㊀结果与讨论２.１㊀复合层的类型选择对仿真结果的影响针对复合层类型ꎬ进行了两种建模方式ꎬ即常规壳￣三维壳单元建模和连续壳￣三维实体单元建模ꎬ其应力云图分别见图２㊁图３ꎮ图２㊀４５ʎ复合层类型的应力云图对比Ｆｉｇ.２㊀Ｓｔｒｅｓｓｎｅｐｈｏｇｒａｍｓｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅｔｙｐｅｏｆ４５ʎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｌａｙｅｒ７１第２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀张华伟等.基于ＡＢＡＱＵＳ的碳纤维复合材料板热冲压成形仿真图３㊀９０ʎ复合层类型的应力云图对比Ｆｉｇ.３㊀Ｓｔｒｅｓｓｎｅｐｈｏｇｒａｍｓｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅｔｙｐｅｏｆ９０ʎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｌａｙｅｒ㊀㊀从两种建模方式的应力云图对比分析可以看出来ꎬ使用常规壳￣三维壳单元来进行建模的时候ꎬ与连续壳￣三维实体单元的应力数据几乎没有区别ꎬ但显示效果并没有连续壳￣三维实体单元的显示效果好ꎮ由此可知ꎬ在进行复合层建模的时候ꎬ常规壳对于碳纤维增强复合材料的连续性的因素影响没有连续壳好ꎬ应力分析是按照常规材料的应力计算方式进行的ꎬ所以在某些位置会出现没有任何过度的应力突变的情况ꎮ当改成连续壳￣三维实体单元建模的时候ꎬ由于考虑到了碳纤维复合材料的特性ꎬ在ＡＢＡＱＵＳ中有不同的计算方式ꎬ使得对于材料板的应力计算过度更加平滑ꎬ因此也不会出现类似于常规壳的那种应力突变点ꎮ因此ꎬ后文中复合层板间铺层夹角与板间层数的讨论均在建模类型为 连续壳￣三维实体单元 的基础上进行ꎮ２.２㊀复合材料的铺层夹角对冲压受力的影响碳纤维复合材料的主要受力元素是碳纤维ꎬ基体在受力过程中起到传递载荷的作用ꎮ碳纤维复合材料板冲压工艺主要受材料拉应力性能指标的影响ꎬ即可以通过分析比较最大拉应力来判断碳纤维受力情况ꎮ同时为了进一步探究复合材料层间夹角排布对其热冲压性能的影响ꎬ还设置了一组不同复合材料板层间夹角的真实应变对比ꎮ实验中以１２层复合材料板为例ꎬ其应力云图见图４ꎬ其应变云图见图５ꎮ结合图４ꎬ图５和表２ꎬ表３可分析出ꎬ当其他条件相同ꎬ当碳纤维复合材料板层间夹角不同的时候ꎬ其受到的冲压应力与应变是不同的ꎮ当层间夹角为９０ʎ叠层时ꎬ其碳纤维排列结构简单ꎬ层间滑移大ꎬ剪切柔度高ꎬ所以纤维夹角的可转角度也很大ꎻ当层间夹角为３０ʎ间隔与４５ʎ间隔分布时ꎬ由于纤维排布较为复杂ꎬ多个方向角都有限制截面剪切的纤维阻力ꎬ所以剪切柔度小ꎬ导致冲压深度相同的情况下ꎬ其纤维转角较小ꎬ即产生较大的应力ꎮ同时可观察得到ꎬ在层间夹角为３０ʎ或４５ʎ排布的时候ꎬ由于碳纤维材料在板材的几何中心排布最为密集ꎬ理论上在几何中心的受力应该是最大的ꎬ其次才是下模与板材接触的区域ꎬ即云图显示其主要受力区域在板材与冲头接触的中心位置ꎻ而间隔９０ʎ排布则不同ꎬ碳纤维在几何分布上是均匀的ꎬ不会出现某一区域的受力性能明显高于其他区域的情况ꎬ所以其主要受力区域为下模与板材的接触位置[２０－２２]ꎮ不难看出ꎬ无论对复合板中的纤维层夹角如何排布ꎬ都无法消除复合板冲压过程中的各向异性ꎮ图４㊀不同层间夹角的１２层复合材料板应力云图示意Ｆｉｇ.４㊀Ｓｔｒｅｓｓｎｅｐｈｏｇｒａｍｓｏｆ１２￣ｌａｙｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈｅｅｔｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｔｅｒｌａｙｅｒａｎｇｌｅｓ图５㊀不同层间夹角的１２层复合材料板应变云图示意Ｆｉｇ.５㊀Ｓｔｒａｉｎｎｅｐｈｏｇｒａｍｓｏｆ１２￣ｌａｙｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈｅｅｔｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｔｅｒｌａｙｅｒａｎｇｌｅｓ８１㊀合㊀成㊀纤㊀维㊀工㊀业㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１９年第４２卷表２㊀不同层间夹角及层数的复合材料板的冲压应力Ｔａｂ.２㊀Ｓｔａｍｐｉｎｇｓｔｒｅｓｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｐｌａｔｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｔｅｒｌａｙｅｒａｎｇｌｅｓ层间夹角/(ʎ)冲击应力/ＭＰａ６层８层１２层２０层３０层０１０３.７１０６.１１１０.３８９.４８９.１３０８７２.４８７４.８９２０.２９９８.９９２３.６４５９０８.１９４９.０９３４.９９８２.９９６７.３９０１７０.３１０１.１１０８.５１１５.７１１４.６表３㊀不同层间夹角及层数的复合材料板的冲压应变Ｔａｂ.３㊀Ｓｔａｍｐｉｎｇｓｔｒａｉｎｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｐｌａｔｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｔｅｒｌａｙｅｒａｎｇｌｅｓａｎｄｌａｙｅｒｎｕｍｂｅｒｓ层间夹角/(ʎ)冲压应变６层８层１２层２０层３０层００.０９９２０.１００２０.１０１２０.０９９９０.０９９４３００.０６４２０.０３５９０.０３０００.０３１９０.０２９３４５０.０４２５０.０３０４０.０２９９０.０３０１０.０２９９９００.１００９０.１００２０.１０１５０.１０２５０.１０３４㊀㊀对比０ʎꎬ３０ʎꎬ４５ʎꎬ９０ʎ层间夹角的４种不同纤维排布方式的应变云图可以看出ꎬ 十 字型排布方式的应变与 米 字形排布方式的应变有着本质的区别ꎬ即其发生应变的区域完全不同ꎬ而其应变的大小也是差别很大ꎬ９０ʎ铺层的复合材料应变较大ꎬ达到了１０％的形变程度ꎻ而４５ʎ与３０ʎ铺层的复合材料应变较小ꎬ仅有３％的形变ꎮ这些现象都说明了复合材料板的不同板间夹角排布会给冲压工艺带来不同的受力情况ꎬ随着其层间夹角排布的不同ꎬ其纤维层之间剪切转动方式㊁复合材料板的宏观力学性能等均会产生较大的差异[２２]ꎮ一般说来ꎬ９０ʎ夹角的排布方式时其冲压受力与成形性能要好于另外两种ꎮ但这种排布方式伴随而来的是较大的应变幅度ꎬ这也意味着这种排布方式较另外两种来说更容易产生受力破坏[２３]ꎮ这个结论符合碳纤维复合材料的力学成形原理ꎮ除了这四种为工程上常用的铺层方式以外ꎬ本文还进行了单层０ʎ夹角的复合材料板的热冲压仿真ꎮ最后的现象也合理地解释了复合材料板冲压成形的原理ꎬ即当碳纤维受力后ꎬ其纤维方向上几乎没有拉伸形变ꎬ而是产生位移ꎮ所以在宏观上ꎬ板材显示出来的就是纤维方向上的板材的 收束 形变ꎮ２.３㊀复合材料的板间层数对冲压工艺的影响本研究设置了５组铺层层数ꎬ设定总厚度一定ꎬ即铺层层数越多ꎬ每一铺层就越薄ꎮ此处拟定最大铺层数为３０ꎬ当铺层数超过３０的时候ꎬ每一层的厚度均降至０.０１ｍｍ以下ꎬ已经不符合常规的生产要求ꎮ同时ꎬ由于本研究主要讨论的是碳纤维复合材料的纤维排布方向与复合材料板间层数对热冲压的影响ꎬ所以对各方向纤维占比受力的影响并未给予考虑ꎮ由１２层复合材料板冲压应力云图(图４)及表２㊁表３分析可知ꎬ当总厚度一定时ꎬ板间层数相对于铺层方式来说ꎬ对冲压性能的影响不大ꎮ其中细微差别可以通过纵向对比来发现:冲压过程中的应力一般随着板间铺层的层数上升而上升ꎮ其主要原理是由于铺层层数变多ꎬ板料的稳定性也会越来越好ꎬ而且由于层数增多ꎬ使得其总层间摩擦力增大ꎬ这也会对冲压受力的情况带来一定的影响ꎮ所以在相同的冲压位移的情况下ꎬ其受力变得更高ꎮ因此也可以认为板间层数对碳纤维增强复合材料板的冲压性能影响较小ꎬ与板间连续纤维排布角度相比ꎬ板间层数的影响可以忽略不记ꎮ同时ꎬ因为复合材料板板件的厚度对板材的力学性能有很大的影响ꎬ所以相比于复合材料板间的复合层层数ꎬ复合材料板的厚度对于热冲压的性能影响更大ꎮ３㊀结论ａ.以ＡＢＡＱＵＳ为建模工具ꎬ利用工程常数建模同宏观力学结合的方法构建了碳纤维复合材料高温本构模型ꎮｂ.在选择复合层类型的时候ꎬ 连续壳 类型的仿真效果要明显好于常规壳ꎬ更加符合实际的受力情况ꎮｃ.碳纤维增强复合材料的热冲压性能主要取决于复合板层间的夹角排布ꎬ当夹角排布的方式越松散ꎬ纤维之间剪切柔度越高ꎬ则其在高温状态下冲压受力情况就越好ꎻ反之ꎬ当夹角排布的方式越稳定ꎬ则其在高温状态下的冲压受力情况就越差ꎮ其中综合看来是９０ʎ夹角排布时冲压受力较好ꎮｄ.在同样的温度和夹角排布的情况下ꎬ碳纤维增强复合材料板的板间层数对于冲压受力性能的影响不大ꎮ参㊀考㊀文㊀献[１]㊀沈观林ꎬ胡更开ꎬ刘彬.复合材料力学[Ｍ].北京:清华大学出版社ꎬ２０１３:４－２０.９１第２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀张华伟等.基于ＡＢＡＱＵＳ的碳纤维复合材料板热冲压成形仿真[２]㊀张琦ꎬ高强ꎬ赵升吨.碳纤维复合材料板热冲压成形试验研究[Ｊ].机械工程学报ꎬ２０１２ꎬ４８(１８):７２－７４. 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基于ABAQUS的板料冲压回弹模拟研究刘先兰;张文玉;伍杰;杨辉;晏恒煊【摘要】采用ABAQUS有限元分析软件,建立强度比值为1.0、0.8和0.5的几种拼焊板进行数值模拟,分析冲压成形回弹角的变化规律.结果表明:板材屈服强度为100MPa、强度比为0.5时,回弹角最小为2.0..板材强度一定时,回弹角随着强度比的增加而增加.强度比值一定时,回弹角随着板材屈服强度的增加而线性增加.【期刊名称】《锻压装备与制造技术》【年(卷),期】2016(051)005【总页数】2页(P83-84)【关键词】冲压成形;回弹;数值模拟;强度比;拼焊板【作者】刘先兰;张文玉;伍杰;杨辉;晏恒煊【作者单位】湖南工学院机械学院,湖南衡阳421002;湖南工学院机械学院,湖南衡阳421002;湖南工学院机械学院,湖南衡阳421002;湖南工学院机械学院,湖南衡阳421002;湖南工学院机械学院,湖南衡阳421002【正文语种】中文【中图分类】TG386拼焊板冲压成形技术实现了零件的高度复合化，成为实现汽车轻量化的重要途径之一[1]。
在强化车身局部强度、刚度的同时，降低了汽车的生产成本，应用前景非常广阔[2，3]。
然而，拼焊板的使用提高了冲压成形技术的难度，如冲压成形过程中的回弹、破裂和起皱等缺陷[5]。
本文通过采用ABAQUS有限元分析软件进行数值模拟，建立强度比值不同的几种拼焊板模型，分析其成形性能的影响因素，找出冲压变形规律，为生产实践提供指导。
冲压模拟过程如图1所示。
以强度分别为300MPa、200MPa和100MPa的板料，建立拼焊板三维模型的强度比值分别为1.0、0.8和0.5，杨氏模量100000MPa，泊松比0.3，摩擦系数0.05。
图1a表示冲压成形结束时冲头还未离开板材时的状态，对应板材的弯曲角度如图2a所示，即回弹前的角度；图1b表示冲压成形结束后冲头离开板材时的状态，对应板材的弯曲角度如图2b所示，即回弹后的角度。
