回弹模拟

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超大不锈钢封头冲型压力及回弹量模拟计算

Simulation on Stamping Pressure and Springback Value of Ultra Large Stainless Steel Head Sun Yun, Zhang Ying, Li Chaojing, GaoYongguang
Abstract: The stamping pressure and springback valuewere calculated by means of simulationmethod to provide the reference for the stamping and manufacturing of head segments of ultra large stainless steel pressure vessels. Key words: Head stamping; Stamping pressure; Springback value
an）
nL 0
延轉率（趁）（应变速率 2.78E-4/s、0.01/s、0.1/s
图3 316H奥氏体不锈钢室温拉伸曲线
（b）应变速率1/s、2/s
3 边界条件
3.1 冲压过程边界条件
冲压时，下胎具设置完全位移约束，上胎具设置位移载荷，位移方向竖直向下，最大下压值为 686.65 mm,设置上胎具的时间位移曲线（见图 4 ,胎具与瓜瓣上、下表面之间的摩擦系数均为 0.3° 由于模型为工件的二分之一，计算中仅对板材施加对称约束U3=UR1=UR2=0,使其具有整体性。
1 有限元模型
该容器封头为椭圆形，大端内径为05 000 mm、小端内径为03 200 mm、壁厚30 mm，材料为316H奥氏体不锈钢。该超大容器椭圆封头由20 片瓜瓣形板冲压成形后拼焊而成，每片瓜瓣形板厚度为32 mm，外圆弦长2 500 mm，内圆弦长1 650 mm （见图1）遥

汽车连接板弯曲成形回弹模拟及模具设计

Ｗａｅｉｎｄ．ｓｄｓｇｅ
Ｋｅｗｒｓａｔｔｅｃｎｅｔｎｐａ；ｐｉｇａｋｉ；ｒｏｏａｘｅｍｎｙｏｄ：ｕｏｉｏｎｃｉｌｅｓｒｈｃ；ｄｅｏｔｇｎｅｐｒｅｔｍｏｖｏｔｎｈｌｉ
０引言
回弹是板料冲压加工过程中普遍存在的问题，特别在弯曲成形过程中回弹问题更为突出，重影严响了零件的成形精度。因此，何准确地预测与最如
Ａｓａｔｃｕａｒｄｃｏｆｐｉｇａｋｉｓｅｔｅｌｏｍｉｇｐｒｅｏｎｏｅｉｐｒｎｉｅｃｎｂｔｃ：Ａｃｒｔｐｅｉｉｎｏｒｈｃｈｅｍｔｒｎａｔｉｂｃｍｉｇｍｒｏｔｔｔｔｏ— ｒｅｔｓｎｎａｆｓｓｍａｗｈｈ
２２模拟试验．
２１０２拄
量分析了这些因素对回弹影响的程度，为实际生产过程中模具的设计、艺参数的选取提供了参考。工
根据正交设计试验方案，用Ｄｎｆｍ模拟仿采ｙａｒｏ真程序分别进９组数值模拟试验，到连接板弯曲得回弹数值模拟结果数据见表２所示。
大程度减少回弹一直是弯曲模具设计时所需解决
的问题。本文以图１所示汽车连接板冲压件为例，在Ｄｎｏｍ软件平台下，影响回弹的主要参数：ｙａｒｆ对
图１连接板零件图
虚拟冲压速度、压边力、模具间隙进行模拟分析，定
表２回弹模拟试验结果

冷弯型钢回弹有限元模拟

冷弯型钢回弹有限元模拟摘要：冷弯成型的过程中，回弹是不可避免的，这是所有材料都具有的一种物理规律，也是由于材料的这种规律使得冷弯成型孔型设计变得复杂。

随着经济与科技的发展，对型钢的要求越来越高，因而能够准确的计算出回弹的大小也就越显重要。

然而通过传统的经验公式法和解析计算法都不能准确的计算出弹性回复的大小。

因此本文通过有限元软件ANSYS的隐式分析对型钢进行回弹模拟。

通过对回弹结果应力变化与应变变化的分析，得出一些有益于实际的结论。

关键词：冷弯成型；ANSYS；回弹模拟冷弯型钢是一种截面合理、强度高、重量轻、金属利用率高的高效能型材。

随着我国经济的迅速发展，市场对型钢的要求不断提高，在生产中外观精美、性能优良的冷弯型钢受到越来越广泛的应用。

冷弯成型是一个弹塑性变形的过程，在坯料与轧辊脱离接触后，坯料会向着与弯曲相反的方向变形，造成型钢断面与孔型不相符，这个过程称之为回弹[1]。

回弹是一种高度非线性过程，这就使得坯料的一次性弯曲角越大，储存在弯曲角中的弹性应力也就越大。

1.板料冷弯成型回弹模拟计算利用ANSYS/LS-DYNA显示—隐式序列求解此问题，首先用ANSYS/LS-DYNA模拟动态成型过程，然后将变形后的几何形状和应力输入到ANSYS隐式分析中，并对其设定合理的变形条件对回弹变形模拟计算。

进行回弹计算需要进行9个基本步骤：（1）求解分析显示部分。

（2）修改隐式分析的作业名。

在隐式分析时为了不覆盖已分析好的显示结果，需要对隐式分析的作业名重新定义。

（3）关闭单元的形状检查。

回弹隐式分析也属于大变形计算，为了保证计算过程中的收敛性，需要关闭单元的形状检查。

（4）转换单元类型。

从显示分析到隐式分析，需要将壳163单元转换为壳181单元。

（5）修改单元的几何形状。

为了将显示分析所得的板料变形形状传给隐式分析，要对型钢的形状进行更新。

（6）移走不需要的单元。

回弹分析是针对坯料的计算，则对于显示分析中的轧辊、导位需要移走，否则可能会引起不收敛。

板料冲压成形及回弹有限元模拟分析

静力隐式时间积分算法假设板料冲压整个过程均处于类似平衡状态，其每一时间积分步均保持平衡条件.把物体离散为有限元单元后，将所有的节点方程集合起来就可以得到：
Ku=F
式中K为总刚度矩阵；u为位移向量；F为节点载荷向量。
在隐式算法中，对于第i个给定的加载增量，用Newton-Raphson迭代法，需要求解下面的方程：
板料冲压成形及回弹有限元模拟分析
摘要
回弹是板材冲压成形过程中不可避免的普遍现象，直接影响到冲压件的尺寸精度和零件最终形状。本文利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件中的非线性动力的显式、隐式连续求解功能，模拟了板料冲压成形过程与卸载后板料回弹变形的全过程，得到了成形过程中任一时刻各处Von-Mises应力云图和应变值及卸载后板料的回弹结果，帮助我们更好的认识分析板料冲压成形以及回弹过程中物质内部的变化。
ANSYS／LS-DYNA是一个通用的显示非线性动力分析有限元程序，近年来开发的板料冲压成形数值模拟新功能，取得了很大成功。通过计算，可以观察板料冲压成形过程中的变形状态、应力状态和壁厚变化，了解可能出现的起皱和开裂现象。此外，ANSYS／LS-DYNA程序具有显式、隐式求解功能，用显式求解模拟动态成形过程，然后用隐式求解模拟线性回弹变形。这不仅能够模拟材料变形过程，而且也能较好地计算回弹现象，比较准确地得到材料最终成形状态。
关键词：板材冲压，回弹，非线性有限元分析，数值模拟
Sheet metal stamping and rebound finite element simulation analysis
Abstract
The rebound is inevitable common phenomenon in sheet metal forming process, a direct impact on the final shape to the dimensional accuracy of the stampings and parts. In this paper, the nonlinear dynamic finite element software ANSYS / LS-DYNA explicit, implicit sequential solution function to simulate thespringbackdeformation of the sheet after sheet metal stamping process and uninstall the whole process, forming process at any time throughout the Von-Misesstress cloud and strain and after unloading sheetspringbackresults, help us to a better understanding analysis sheet metal stamping and rebound process material internal changes.

abaqus 弯曲回弹冲压成形模拟分析设置注意事项

ABAQUS弯曲回弹分析详细操作及其注意事项abaqus 冲压成形模拟分析设置注意事项1.做回弹分析时，回弹模型一定和调用的.odb文件在同一个文件夹。

用file-set workdirectory设置工作文件夹。

2.做回弹分析时，一定要赋予回弹零件材料特性。

并且要对零件进行不在同一直线上的三点约束。

回弹分析步骤：1．在成形模块下，右键creat model，展开新建的model- parts右键-import-.odb(同一文件夹)，选BLANK-1,改名字BLANK.设置如下。

2．赋BLANK零件和成形时一样的材料属性。

建立截面，赋截面的步骤和成形相同。

3．assembly：把BLANK零件进行装配。

4．step：选“静态”。

output-restart-intervals（1）；5．load：BC 三点锁定predefined field-creat6．JOB模块，和成形操作相同。

选BLANK零件-出现“edit predefined field”对话框，设置如下，其中JOB NAME中的名字一定和成形的odb的名字一致。

updata选项要选中。

abaqus后处理的数据提取：（1）节点或单元的显示在modul为mesh，part为BLANK的情况下，菜单view—part display options—mesh —选show node labels 或show element labels以显示节点号或单元号；（2）建立路径在modul 为visualization时，菜单tool-path-creat建立路径；（3）建立XY曲线菜单tool—XY data-create XY data—选path-在XY data from path中设置显示的纵坐标和横坐标的内容。

角度的测量：在零件状态下，菜单tool—datum—两点建轴，query测量角度即可。

影响板料成形回弹数值模拟精度的因素分析

ｌｔ１１Ｂｄａ９ｔ及Ｂｌｔ０３ａ９、ａｔ７４ｐ］ｒａａ２０嘲等各向异性屈服准则。尽管Ｂｒｔ９是三参数平面应力各向异性屈服ａｌ８ａ准则，因其表达格式简单，向异性参数易于实验但各
摘要：析了影响板料回弹精度的数值模拟因素：服准则、化模式、元技术及有限元数值计算方分屈硬单
法。研究结果表明各向异性屈服准则Ｂｄｔ９更接近于材料的实际屈服行为；于具有Ｂｕｃｉｇｒ效应的ａａ８对ａｓｈｎｅ材料及复杂加载问题，用非线性混合强化材料模型预测板料回弹量的精度最高；于实体壳单元具有实采由体单元和壳单元的优点，测回弹模拟结果精度高。研究还表明，时间允许的条件下，用较小单元尺寸预在采
不高（７％）其原因有：形过程模拟的应力场精 ≤ ５，成
度不高；弹算法本身不够合理。因此，弹问题一回回直是板料成形数值模拟的难点。本文重点分析了屈服准则、化模式、元技术和有限元算法对板料成硬单形回弹模拟精度的影响。
增加而增加，是在ｒ但＜ｌ时，个屈服准则预测相同两

汽车大梁冲压成形及回弹过程的数值模拟

汽车大梁冲压成形及回弹过程的数值模拟随着汽车制造业技术的发展，汽车大梁冲压成形已经成为汽车制造中的重要工序之一。

通过建立冲压动力学模型，可以通过数值模拟来模拟汽车大梁冲压成形与回弹过程。

首先，根据材料特性进行材料参数设置，然后按照工艺参数设置工件的尺寸和厚度，并建立冲压动力学模型，确定压力分布，最后对汽车大梁冲压成形及回弹过程进行数值模拟。

利用数值模拟，可以获得汽车大梁冲压成形的实时曲线以及预期的成形尺寸，从而评估冲压过程的合理性，为汽车制造提供科学有效的参考。

常温下金属垫片压缩回弹曲线数值模拟

法兰材料为 1Cr18Ni9Ti, 垫片材料为 0Cr18Ni9。假设材料
为各向同性, 垫片材料选择双线性等向强化弹塑性模型, 切线
模量设置为弹性模量的百分之一, 具体材料性能参数见表 1。
作者简介: 马璇涛(1994-) , 男, 硕士研究生, 主要从事压力容器安全评价。
第 49 卷第 4 期
MA Xuan -tao
( Mechanical Engineering College, Xian Shiyou University, Shaanxi Xian 710065, China)
Abstract: Metal (0Cr18Ni9) octagonal gasket is a commonly used sealing element in the connection of pressure
关键词: 常温; 金属垫片; 压缩回弹; 有限元
中图分类号: TB42
文献标志码: A
文章编号: 1001-9677(2021)04-0048-03
Numerical Simulation of Compression Springback Curve of
Metal Gasket at Room Temperature
选择插入 Normal Stress 命令, 计算垫片表面的接触应力; 再单
击 Deformation 选择插入 Directional 命令, 计算垫片表面的变
形 [7] 。图 4 为 300 kN 压缩载荷下垫片第 1 s 的应力云图, 图 5
为同一时刻相同载荷水平下的变形云图。
金属垫片在常温下的压缩回弹特性曲线图, 为法兰连接密封性
数值模拟研究提供一定的参考。

不锈钢回弹计算方法

不锈钢回弹计算方法
不锈钢回弹是指在加工过程中，由于材料的弹性造成工件变形恢复不完全的现象。

对于不锈钢这样的金属材料来说，由于其弹性模量高、屈服强度高，所以回弹现象比较突出。

在加工过程中，如折弯、拉伸、压力等形变过程中，不锈钢会发生回弹变形，对加工精度造成一定的影响。

1.经验法：经验法是根据实验经验得出的一种计算回弹的方法，主要根据不同的材料和工艺进行判断。

根据不同的折弯角度、折弯半径、材料的屈服强度等参数，通过试验或经验得出回弹系数，然后将回弹系数与理论计算的变形量相乘，得出回弹量。

2.数值模拟法：数值模拟法是通过计算机仿真的方法，将不锈钢材料的力学性能和加工工艺参数输入模拟软件中，通过有限元方法模拟材料的弹性行为和变形规律，进而得出回弹量。

3.经验公式法：经验公式法是通过建立经验公式，根据不锈钢材料的物理性质和加工工艺参数进行计算。

根据材料力学性能参数和材料的基本弹性理论，比如胡克定律，建立回弹量与材料力学性能参数之间的关系。

4.校准法：校准法是在实际加工过程中，通过试验和实测得出不锈钢材料的回弹量。

通过在不同工艺参数下进行试验，并测量回弹量，以此校准回弹计算公式，得到更加准确的回弹值。

以上方法可以根据加工过程的需求和具体情况进行选择和应用。

在实际加工中，可以根据经验公式法进行初步估算，然后结合试验和数值模拟等方法进行校正，以得到更加准确的回弹量。

同时，还可以通过优化工艺和材料选择等方法来减小不锈钢回弹的影响。

板材多点成形使用弹性垫后回弹的数值模拟

Ｔｈｃｕａｙｏｏｍｉｓｉｐｏｅｆｅｗｏｃｍｐｎａｉｎ，ｉｗａｏｅｈａｈｉｔｏａｏｎｅａｃｒｃｆｆｒｎｇｗａｍｒｖｄａｒｔｏｅｓｔｏｔｔｓｐｒｖｄｔｔｔｓｍｅｈｄｃｎｃｉ— ｐｎａｅｓｉｇａｋｏｈｌｉｏｎｅｓｔｐｒｎｂｃｆｔｅｍｕｔ－ｐｉｔ￣ｒｎ．ｍｉｇ
பைடு நூலகம்
如想定量测出螺纹中径值，们可将螺纹大径投影线我
在透视图中描出，游标卡尺测出其与ｄ的实际距离用
，
采用精密输出绘制，越细越好，能看清为准线以．此
外，影时尽可能地选择大的放大倍数，可减小测量投也
Ａｂｓｒｃ：ＩｈｉａｅｉｎｔｌｍｅｔｓｆｒＳ－ＤＹＮＡｓｕｓｄｔｉｔａｔｎｔｓｐｐｒ，ｆｉｅｅｎｏｔｅＬｅｗａｗａｅｏｓｍｕｌｔｌｔｔｍｐｎｐｒｎｂｃａｅｐａｅｓａｉｇｓｉｇａｋ．３ｔｎｌｌｌｔｃｌｓｉｕｈｏｎｉｉｔｄｄｉｌｆｓｅｈｉｋｅａｔｃｃｓｉｎｉｈｂｔｅｍｐｅｏｈｅｔ￣ｒｎｇ，ｂｔｔｅｕｅｏｌｓｉｕｈｏｎｌｔｐｉｇｍｉｕｈｓｆｅａｔｃｃｓｉｎａｄｐａｅｓｒｎ — ｂｃｕｄｌａｏｓａｅｅｒｒａｋｗｏｌｅｄｔｈｐｒｏ．Ａｔｄｗａｒｐｓｄｗｈｉｈｍｏｉｅｈｍｅｈｏｓｐｏｏｅｃｄｆｄｔｅ￣ｒｎｇｓｒａｅｏｌｍｅｔｉｍｉｕｆｃｆｅｅｎ

路基路面回弹模量

设计规范
《公路路基设计规范》（JTG D30-2015）：规定了公路路基设计时应考虑的回弹模量等技术指标。
《城市道路设计规范》（CJJ 37-2012）：规定了城市道路路基路面设计时应考虑的回弹模量等技术指标。
05 路基路面回弹模量与路面性能的关系
回弹模量与路面平整度
回弹模量是衡量路基路面刚度的指标，与路面平整度密切相关。
03 路基路面回弹模量的测试方法
静态回弹模量测试
1 2 3
测试原理
通过在一定形状和尺寸的钢制压模上施加恒定的垂直压力，测量压模的下沉量，从而计算出材料的回弹模量。
测试步骤
将压模放置在平整的路面上，施加预压力使压模与路面紧密接触，然后逐级施加标准压力，每次施加后记录压模的下沉量。
测试优点
回弹模量的大小取决于材料的组成、结构和密度等因素，同时也受到温度、湿度等环境条件的影响。
回弹模量的重要性
回弹模量是路基路面设计的重要参数，直接影响着路面的使用性能和寿命。如果回弹模量过低，会导致路面出现裂缝、车辙等损坏，影响行车安全。
通过检测路基路面回弹模量，可以评估路面的承载能力和使用状况，为路面的维修和养护提供依据。
增加压实次数
通过增加压实次数，提高路基路面的密实度和整体强度。
控制压实温度
在适宜的温度范围内进行压实，避免因温度过高或过低影响压实效果。
优化压实设备
选用先进的压实设备，提高压实效率和质量，确保路基路面的平整度和稳定性。
温湿度控制
控制施工环境温度
01
在适宜的温度范围内进行施工，避免因温度过高或过低影响路
回弹模量与路面耐久性
路面耐久性是指路面在使用寿命期限内保持良好性能的能力。

V形件自由弯曲回弹的数值模拟影响因素分析

摘
要：回弹是板料弯曲成形过程中不可避免的现象，通过采用动静态联合算法的求解功能对Ｖ形件弯曲成形和回弹进行模
拟，分析了材料性能，凹模圆角半径，间隙，凸、模具摩擦系数等因素对回弹值的影响。
关键词：Ｖ形弯曲；回弹；数值模拟中图分类号：Ｇ８Ｔ３６文献标识码：Ａ
收稿日期：０００ — １２１— ３０
作者简介：代洪庆（９７）男，１７一，助教，哈尔滨理工大学硕士研究生毕业，现主要从事模具设计、机械制造的教学与研究工作。
第３期
代洪庆等：件自由弯曲回弹的数值模拟影响因素分析ｖ形
２７
１２有限元模型的建立．模拟所用的Ｖ形件的几何模型如图２所示。板料的长度为１０ｍｍ，度为２ｍ，度为１ｍ２宽０ｍ厚ｍ。板料采用０Ａ８Ｌ冷冲压钢板。板料采用３即三参６号数Ｂｒｔａｌ材料模型（向异性弹塑性材料）６号材ａ各。３料模型考虑了板料的厚向异性对屈服面的影响，为了准确的预测出回弹角的大小，在网格划分单元尺
ｃｅｉｉｎｒｎｅｔａｅｏｆｃｅｔｗｅｅｉｖｓｉｔｄ，ａｄｔｅｉｆｅｃａｓｗｅｅｏｔｉｅ．ｇｎｈｎｕｎｅｌｗｒｂａｎｄｌ
ＫｅｒｓＶ－ｅｄｎ；ｐｉｇａｋｎｍｅｉｉｌｔｎｙｗｏｄ：ｂｎｉｇｓｒｂｃ；ｕｒｓｍｕａｉｎｌａｏ

下半年贵州公路工程试验检测员回弹法检测模拟试题

2023年下六个月贵州公路工程试验检测员回弹法检测模拟试题一、单项选择题（共25 题，每题 2 分，每题旳备选项中，只有 1 个事最符合题意）1、在进行石灰稳定土无侧限抗压强度试验时，试件养生时间应为__。

A．6dB．7dC．14dD．28d2、混凝土坍落度试验，规定混凝土拌和物分三层装入坍落度筒，每次插捣__次A．15B．20C．25D．503、钢筋电弧焊接头，接头旳验收每批不超过__个。

A．100B．200C．250D．3004、某协议段施工单位以分部工程进行施工控制旳有__。

A．交通标志工程B．小桥工程C．涵洞工程D．排水工程5、测试回弹弯沉时，弯沉仪旳测头应放置在______位置。

A．轮隙中心B．轮隙中心稍偏前C．轮隙中心稍偏后D．轮隙中任意位置6、锚具旳静载锚固性能应满足__。

(检测员不考)A．ηa≥0.95，εapu≥2.0%B．ηa≥0.90，εapu≥1.70%C．ηa≥0.95，εapu≥1.5%D．ηa≥0.90，εapu≥2.0%7、概率分布曲线旳形式诸多，在公路工程质量检测和评价中，常用旳分布有__。

A．正态分布B．二项分布C．t分布D．泊松分布8、溯源性概念中，使测量成果或计量原则旳值可以与规定旳参照原则联络起来，参照原则一般是__。

A．国际计量基准B．国家计量基准C．部门计量基准D．工作计量基准9、静载试验荷载效率系数可用范围为__。

A．0.9～1.0B．0.8～1.05C．0.85～1.0D．1.0～2.010、车辙试验重要是用来评价沥青混合料旳__。

A．高温稳定性B．低温抗裂性C．耐久性D．抗滑性11、可以用作沥青微填料旳物质是______。

A．炭黑B．高钙粉煤灰C．火山灰D．页岩粉12、下列土中，______最合用于石灰稳定。

A．IP=15～20旳黏性土B．具有一定黏性土旳中粗粒土C．IP=0旳级配砂砾、级配碎石D．塑性指数在15以上旳黏性土13、无铰拱工况包括__。

回弹法检测模拟试题

回弹法检测模拟试题
1. 弹性测定器是测定材料回弹性的仪器，请简述测定原理及操作步骤。

弹性测定器是通过将一个金属或者玻璃小球从一定高度垂直落下，
使其自由落体撞击试样表面，然后经过一定的时间后小球反弹回到初
次接触试样表面高度的程度，来反映材料表面回弹性的一种检测仪器。

操作步骤为首先对试样表面进行清洁，调整仪器使得小球垂直自由落
下并恰好与试样表面接触，然后固定小球自由落下系统，记录小球落
下和反弹的时间并计算回弹比例。

2. 如何消除测定器误差？请提出具体的解决方案。

消除测定器误差的方法有很多种，例如首先要保持仪器的稳定性，
确保每次实验条件的一致性；其次可以进行多次试验取平均值，降低
随机误差的影响；还可以通过比对标准物质，不断调整仪器，校准误
差值。

另外，对于仪器工作原理的理解也能帮助及时发现并解决问题。

3. 3.1 请简述回弹法检测的应用领域及意义。

回弹法检测广泛应用于建筑材料、地基处理、道路建设和桥梁工程
等领域，通过回弹比例的测定可以评估材料的硬度、强度和耐久性，
为工程设计和质量控制提供有效依据。

3.2 某材料进行回弹比例测试，测得回弹比例为60%，请问这个材
料的回弹性好还是差？
从理论上来讲，回弹比例越高说明材料的回弹性越好，即材料具有更好的弹性和硬度特性。

因此，回弹比例为60%可以判断这个材料的回弹性较好。

通过以上模拟试题的回答，可以加深对回弹法检测原理和应用的理解，为进一步深入学习和实践提供指导。

希望大家能够认真对待这些知识，不断提升自己的专业技能。

飞机风挡玻璃弯曲成形回弹数值模拟

第12期2010年12月机械设计与制造M achi ner yD esi gn&M anuf act ur e183文章编号：100l 一3997(2010)12加183_03飞机风挡玻璃弯曲成形回弹数值模拟黄创盛姚进(四川大学制造科学与工程学院，成都610065)l V um er j C aI s i m ul at i on O f spr ．ng —bac k i n bend —f O r m j ng of aj r C r af t wi nds hi eI d H U A N C C huang —s heng ，Y A O Ji n(S chool of M anuf act ur e Sci ence and E ng i nee^n 昏Si ch uan U n i vers i t y ，C h engd u 610065，C hi na)【摘要】分析了飞机整体圆弧风挡玻璃弯曲成形过程及弯曲成形中玻璃板料的回弹机理，建立其有限元模型。

在有限元软件A B A Q us 中利用显示动力算法和隐式静力算法分别对风挡玻璃弯曲成形和回弹变形进行数值模拟，研究模具的弯曲半径、玻璃的加热温度、玻璃板材的厚度，摩擦大小等因素对弯曲回弹的影响，为实际生产提供参考依据。

关键词：风挡玻璃；弯曲成形；回弹；数值模拟【A bs t r act 】吼e 6e 蒯币肌i ng pr oce ss 旷加^o 如or c 面r cn 斫彬i n 荪^诒瞄蠡溉r od ∽ed ，帆d ￡^e ∥n 溉P 跆舢m 脚如Z 迅e5￡n6凰k 正砚e6e 蒯币rm 垤p 聊聊蠡si 眦z 越ed 6y e 印她f 咖姗记删蜘妇，n ，以f^espri ，l g 山口c 后括si ，n “z 越ed 6y i ，npZ 如如s ￡m ic ⅡJ 咖厶流ABAQU S ．z 汔P i 妒l ￡e ，圮e 肛幻瑚，彬i ，池^如腽6孵d 舭．肚踟n b 咖een 埘t 池h 论配刺釉磁ont hesp 矗ng_b 雠k 帆溉est i gm e d ．强esi m uhi onr esu l t scanbe粥ed 如rf ，npon 删r 咖形，圮es 扣rt ^e ，，加叽L ∥洫f u 一，谬Q 厂．面rcr 妒彬i m 荪^如纪prod “c 丘K eyw or ds ：A i r cr af t 诵ndshi em ；Bend-f br m i ng ；Spr i ng —back ；N um e r i cal s i m l I l at i O n中图分类号：T H l 6文献标识码：Al 引言有限元方法是当前工程技术领域占主导地位的数值模拟计算方法，在弯曲成形过程及回弹的数值模拟巾应用也越来越普遍。

板材多点成形中回弹的数值模拟及补偿研究

１３回弹量的计算．为直观地反映回弹，按下式计算回弹量：
ｋ。一ｋｂ
＝＿
式中：ｋ为板材回弹前的平均曲率，ｋ为板材回弹ｂ，后的平均曲率。
曲面ｚ，）（ｙｘ方向的曲率通过下式计算：
ｋ１一【＝＋（ｚＯ）】ａ／ｘ（）２ ‘
用。
板材成形时，回弹是不可避免的现象。在外载荷作用下板材的变形由塑性变形和弹性变形两部分
５ｉｎｌ。为抑制压痕的产生，在板料上下两侧分别放ｎ置了弹性垫，弹性垫材料为聚氨酯，简化为线性弹性模型，弹性模量取为１０７Ｍａ０．Ｐ，泊松比为０４．，密度为１１０ｋ／５ｇｍ。板材和基本体单元模型均采用ＳＥＬ６ＨＬ１３壳单元，其中板材分为４０６个单元，上９基本体分为１７８２２个单元，下基本体分为１４９３８个单元。图１示是板厚为１ｍｌ所ｉ，目标曲率半径为Ｒ＝ｌ２０ｍｌ的圆柱面的数值模拟有限元模型。图２所示０ｉｌ
数值模拟，分析得出回弹趋势和回弹分布，提出通过修正基本体群成形面来补偿回弹的方法，并用Ｂ样条曲线拟合生成的曲面。经过两次补偿，成形件精度提高，证明该方法可以很好地补偿多点成形中的回弹。研究结果对于减小因回弹带来的误差，提高成形件的成形精度具有十分重要的意义。关键词：多点成形；ＳＤＮＬ－ＹＡ软件；回弹；一显隐式算法
ｆ：— — ＿

板料冲压回弹数值模拟

ANSYS 主要功能
结构分析
热分析
电磁场分析
流体动力学分析
3 分析软件的选取
• 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. ANSYS特点：可以进行物理现象的相互影响的研究集合前后处理、求解及多场分析等功能与一体强大的非线性分析功能良好的用户界面二次开发功能提供多种自动网格划分工具在有限元分析的基础上进行优化设计
6 建立有限元模型
• 问题描述：不锈钢钢板
尺寸（mm3） 500×300×2 密度ρ （kg/m3） 7930 弹性模量E （Pa） 2.06×1011 泊松比μ 0.29 屈服极限σs （MPa） 206 切线模量 Et 1×109
6 建立有限元模型
• 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 边界条件：确保用于模拟板料的壳单元的厚度是真实的（厚度为 0.002）只适用于薄壳shell163 钢板边界长度为0.0025 凸模和凹模边界长度为0 凸模和凹模都为平动和转动约束及所有方向的旋转约束由于平面平整，采用疏网格200 接触类型为自动单面接触载荷数组依次施加初值为0，由凸模位移变化施加载荷粘性摩擦系数和动态摩擦系数都取为0．
2. 单元技术
•
•
目前国际上流行的壳单元技术以采用一点积分的Belytschko单元和采用全阶积分的Hughes-Liu 单元为代表。 Liu 等提出了W2 空间理论和基于光滑弱形式的离散方法。
2 国内国外研究现状
3. 接触力计算方法
• 目前罚函数法是国际通用的接触力算法。 • Li等提出了接触力计算的一种精确算法，根据板料节点的动态平衡方程，结合接触约束条件得到了板料与模具间接触力的显式表达式。 • 摩擦力的计算主要基于经典的库仑摩擦定律和非经典的非线性摩擦定律。Zhong提出了与相对滑移量相关的非线性摩擦定律来描述板料与模具间的摩擦现象。

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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。
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。第二种方法是利用节点力f代替几何接触工具，f的值等于反作用力，首先针对所有的节点，再加上边界条件：△f=－f，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触分析，故计算时间和步长较多。
板成形回弹过程的计算机模拟
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
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(FEM)来解决。
模拟纵梁成形过程图
成形后厚度的分布
(a) 汽车纵梁成形后厚度分布图
从图（a)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后翼面的长度，在压弯过程中，有多余的金属存在。从毛坯形状图（b）中可以发现在四个转角A、D、G、J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，另外还有一部分沿着纵向展开的趋势。在四个三角形的A、D、G、J处顶点厚度变小，而该点的对边，即多余材料的边则增厚。在成形终了时，LM边处的厚度最厚，为7.16mm，而A点的厚度最薄，为6.86mm。最厚的地方与最薄的地方的厚度相差0.3mm。
冶金反应器内金属熔体流动流场的计算方法
目前被推广使用的是SIMPLE算法，压力场间接地通过连续方程决定。此方法处理得较好，但要获得收敛，常常需要大量的松驰。SIMPLE算法能提供较好的速度场，但压力场则不甚理想，为此，在此基础上产生了SIMPLER和SNIP。此外，还有SIMPLEST和SIMPLEC法等。目前应用最多的是SIMPLE和SIMPLER法
湍动能(k)方程：
( k ) ( u j k ) t x j x j u j u j ui t k ( ) t k xi xi xi x j
湍动能耗散率(ε)方程：
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。
汽车纵梁的形状
(a)
整体纵量结构
(b)
模拟部分
汽车纵梁长8.16m，形状突变的区域集中在 1.5m的范围内，厚度为7mm，最窄处的宽度为142mm，最宽处的宽度为237mm，高 75mm，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σs和σb比低碳钢板高得多，而n值和r值却比较低，因此高强度钢板的成形性能比低碳钢板差。高强度钢板成形时不仅同样存在起皱和破裂问题，同时由于σs和σb高，n值和r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，即在凸模的下方加一个支撑头。
模拟结果与分析 1.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，如没有支撑力或者支撑力太小，底部就会出现拱形，而不是设计的平直状，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，然后利用计算机模拟的方法来确定支撑力的大小。
无支撑头成形间形状
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，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。
200kN
400kN
800kN
1200kN
不同支撑力作用下纵梁的形状
从200kN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1200kN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撑力为1200kN。
毛坯形状及成形情况
汽车纵梁冲压成形模具分布图
(b) 模拟模具、毛坯分布图
（b）有限元模型图
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。根据相对运动的原理，将模具整个倒过来，如图(a)所示，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(b)所示。
汽车纵梁成形及回弹过程的模拟
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。
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
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60～
70万元，对模具的修改既浪费时间又浪费金钱。
（c) 预冲孔纵梁成形应变分布图
液态金属精炼过程的计算机模拟
金属熔体传输过程的基本方程与计算方法连续方程：
( u i ) 0 xi
动量方程：
( ui ) ( ui u j ) p t x j xi x j
ui u j eff x j xi Fi
( ) ( u j ) t x j x j u j u j u i t ) ( C1 t x x k x x j i i i
2 C2 k
湍流粘性系数： C t
C
k2

C ， C1，C2，
，
k 为经验常数
对于k-ε双方程来讲，此时系数 C 将与湍流的雷诺数Re有关
反应器内金属熔体湍流特性的描述，除采用k-ε双方程模型，还有雷诺应力方程模型和大涡模型 (Large Eddy Simulation)。就雷诺应力模型而言，它可以对复杂实际流动过程进行模拟，但由于方程复杂，应用还有困难，而且有些计算并不比k-ε 结果好。大涡模拟涉及的经验成分比较少，是一种比较接近揭示湍流本质的模型，但它需要大量的网格和大量的计算时间，工程应用目前还有一定困难。
底吹氩精炼钢包内三维流动的数值模拟吹氩精炼钢包内钢液的流动过程可视为稳定不可压缩的两相流动，因此可用连续方程、Navier-Stokes方程、及湍流模型来描述。
由于涉及底吹气体，因此要考虑气泡浮力的作用，即在z方向的动量方程中有一浮力项：
为两相区的含气率，由模型时间来表达，为此在计算中通过计算示踪剂浓度的变化来实现，示踪剂的浓度分布控制方程为：
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。
（a) 模拟得到的毛坯图
（b）成形后的纵梁
图中可以发现从第三个图开始产生起皱，然后经历了长大、减小到消失的过程。这个结果是与实际情况非常接近。
(C) (uC) (vC) (wC) C C eff eff t x y z x x y y
式中
eff
l t SC Sc , t
C eff z z
1 Q rc2 (1 )u rc 2 rudr

0
式中
， u 为单个气泡在水中的上升速度，大约 40cm/s。
(3) 平均含气率模型
把两相区看作气体均匀分布。数学表达式为：
Q 2 rav u P
式中 rav 为两相区的平均半径，等于
1 rP 3
rP 为气液两相区的最大半径；
预冲孔对成形过程的影响
(a) 某车间中的预冲孔的纵梁毛坯
(b）预冲孔纵梁成形图
图（b）预冲孔纵梁成形图，从图中可以看出，经过预冲孔的毛坯冲压成形后的形状与先成形后冲孔的工艺的形状相同，而且成形后圆孔的形状也没有发生变化，从而保证了其后的装配工作。
（a) 预冲孔纵梁成形厚度分布图
(b) 预冲孔纵梁成形应力分布图
对气液两相区气体分布的描述可以划分以下四种类型模型： (1) 无滑移模型只考虑含气率在轴向的变化，径向视为不变，气泡与液体之间无滑移。数学表达为：
1 2 Q

rc
0
rudr
式中
Q
为吹气量， rc 为两相区半径。
(2) 滑移模型只考虑含气率在轴向的变化，径向视为不变，气泡与液体之间存在滑移。数学表达为：
板材回弹的经典计算公式为：
1 1 12M (1 ) k 3 R Rs Et
2
式中Δk为曲率变化量，R为回弹前中面半径，RS回弹后中面半径，E弹性模量，ν泊松比，t回弹前板料厚度，M回弹前板内弯矩。
板材回弹模拟的求解算法
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—回弹全过程均采用同一算法，
(b) 毛坯图
成形后厚度的分布