一種新型實體殼單元及其板料沖壓全工序仿真算法.pdf

1、近年來，有限單元法已經成為一種重要的數(shù)值模擬手段，基于有限單元法的數(shù)值模擬軟件已經在板料沖壓領域得到了廣泛應用。現(xiàn)有的商業(yè)有限元數(shù)值模擬軟件主要采用薄膜單元和殼單元進行板料沖壓過程模擬。但是，對于以汽車結構件為代表的厚板件，薄膜單元和殼單元并不能準確模擬板料變形。這是因為薄膜單元和殼單元都忽略了沿板料厚度方向的正應力，且無法體現(xiàn)板料的雙面接觸效果。
　　為了彌補薄膜單元和殼單元存在的不足，本文提出了一種新的實體殼單元模型，建立了基

2、于該單元的動力顯式算法，并成功開發(fā)出了一套實體殼單元板料沖壓全工序仿真算法。該算法既能有效反映成形過程中模具對板料的擠壓效果，又能準確描述沿板料厚度方向的應力分布，顯著改善了現(xiàn)有板料沖壓有限元數(shù)值模擬軟件在非平面應力成形問題中表現(xiàn)失真的問題，大大提高了板料沖壓成形仿真和回彈預測的準確性。
　　本文提出了一種無閉鎖現(xiàn)象和沙漏模式的新型實體殼單元。通過引入1個EAS（Enhanced Assumed Strain，改善擬應變）內部變量

3、，消除了單元的體積閉鎖和厚向閉鎖。采用ANS（Assumed Nature Strain，假設自然應變）四點插值方法，克服了單元的梯形閉鎖和橫向剪切閉鎖。為了有效抑制面內單點積分引起的沙漏模式，提出了對應變轉換矩陣和協(xié)變應變-位移矩陣Taylor展開，并對二者乘積進行投影和重構的方法，構建了不產生過剛現(xiàn)象的物理穩(wěn)定化方法。采用若干經典線性算例驗證了該實體殼單元的計算精度和收斂速度。
　　建立了動力顯式求解格式的實體殼單元成形仿真算

4、法，解決了板料拉深、彎曲、翻邊整形等大變形動態(tài)接觸問題仿真中的收斂性難題。提出了內部變量的顯式凝聚方法，有效減少了數(shù)據(jù)存儲量。為了提高成形仿真的計算效率，提出了實體殼單元的自適應網格加密技術，并采用沙漏應力的繼承保證了單元的穩(wěn)定性。推導了服從Hill48、Yld91和Yld2004-18p屈服準則的彈塑性本構模型，為準確描述各向異性板材的變形行為提供了前提條件。
　　基于建立的實體殼單元模型，開發(fā)了一套完整的板料沖壓全工序仿真算法