CN113664103A - 一种超高强度钢板u型件多道次渐进折弯成形的有限元模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高强度钢板U型件多道次渐进折弯成形的有限元模拟方法。属于有限元模拟领域；操作步骤：建立超高强度钢材料的本构模型；设计超高强度钢折弯道次和每道次初始折弯量；建立第一道次超高强度钢板U型件折弯成形有限元模型；采用动态显示算法模拟第一道次折弯成形过程；建立第一道次超高强度钢板U型件折弯成形后回弹有限元模型；采用静态隐式算法模拟第一道次折弯成形后的回弹过程；重复上述步骤，计算其他道次折弯成形、回弹后的应力、应变、力、变形量等；验证设计的折弯道次和每道次折弯量。本发明通过数值模拟，实现各道次折弯成形的折弯量和回弹量的预测，为制定超高强度钢板U型件多道次渐进折弯成形工艺提供依据。

Description

一种超高强度钢板U型件多道次渐进折弯成形的有限元模拟 方法

技术领域

本发明属于有限元模拟领域，涉及一种超高强度钢板U型件多道次渐进折弯成形的有限元模拟方法。

背景技术

现有技术中，节能、减排和安全性是现代工程机械发展的总趋势，实现工程机械轻量化是节能减排的重要途径。近年来，960MPa甚至更高强度级别的超高强度钢板被应用于工程机械中，减重的同时，可以提高工程机械抗大变形冲击能力及耐久强度。但是，由于超高强度钢的强度高，回弹大，导致制定合适的折弯工艺比较困难。特别是形状复杂的部件(如U型件)，难以一次折弯成形，需制定合适的多道次渐进式折弯工艺。付泽民等(付泽民,莫健华,韩飞,龚攀.金属板材多道次渐进折弯成形的回弹补偿.华中科技大学学报(自然科学版).2010,38(5):105-108)对板材渐进成形过程中发生回弹的各因素进行了研究。专利(一种板料多道次渐进式折弯成形装置.国家发明专利.2014)针对直管零件和斜锥管零件的折弯成形，开发了专用成形装置。而对制造现场来说，更关注的是如何顺利完成超高强度钢多道次渐进折弯成形，即获得合适的折弯工艺(折弯量)。目前，制造企业主要通过实验和人工经验来制定折弯工艺，耗费大量时间和精力，新产品开发成本非常高。随着计算机技术及有限元数值模拟技术的飞速发展，将试验与理论数值模拟技术相结合，为超高强度钢板折弯工艺的制定提供强有力的支持。。因此发展一种超高强度钢板U型件多道次渐进折弯成形的有限元模拟方法就就非常有必要了。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供了一种超高强度钢板U型件多道次渐进折弯成形的有限元模拟方法；预测超高强度钢板钢板U型件多道次渐进折弯成形过程中每道次的折弯量和回弹量。

技术方案：本发明所述的一种超高强度钢板U型件多道次渐进折弯成形的有限元模拟方法，具体操作步骤如下：

(1)、建立超高强度钢材料的本构模型；

(2)、根据U型件的尺寸，设计超高强度钢折弯道次和每道次折弯量；

(3)、建立第一道次超高强度钢板U型件折弯成形有限元模型；

(4)、根据得到的本构模型和有限元模型，设置分析步，采用动态显示算法模拟第一道次折弯成形过程，计算折弯过程中的应力、应变、力及变形量；

(5)、采用ABAQUS的再启动功能，建立第一道次超高强度钢板U型件折弯成形后回弹有限元模型；

(6)、采用静态隐式算法模拟第一道次折弯成形后的回弹过程，计算回弹过程中的应力、应变、力及变形量；

(7)、采用ABAQUS的再启动功能，重复步骤(3)～(6)，分别计算其他道次折弯成形、回弹后的应力、应变、力及变形量；

(8)、根据U型件产品的尺寸，对比模拟结果，验证步骤(2)中设计的折弯道次和每道次折弯量。

进一步的，在步骤(1)中，所述建立超高强度钢材料的本构模型的具体操作步骤如下：

(1.1)、从轧制-热处理后的超高强度钢板上，分别沿平行轧向、垂直轧向、与轧向成45°方向，截取并加工拉伸试样；

(1.2)、对不同方向的拉伸试样进行单向拉伸试验，采用引伸计记录拉伸时的变形，获得拉伸时的力-变形曲线，根据曲线及试样截面积、引伸计标距，得到各方向拉伸试样的拉伸真应力-真应变曲线；

(1.3)、根据各方向拉伸试样的拉伸真应力-真应变曲线，得到各方向材料的塑性应变比、Hill48各向异性屈服准则参数以及A-F非线性随动强化模型参数；

(1.4)、将获得的各参数写入基于ABAQUS软件二次开发的程序文件中。

进一步的，在步骤(3)中，所述建立第一道次超高强度钢板U型件折弯成形有限元模型的具体操作步骤如下：

(3.1)、采用ABAQUS软件建立超高强度钢板、折弯凸模、折弯凹模实体模型；

(3.2)、对实体模型进行网格划分，对超高强度钢板、折弯凸模、折弯凹模进行装配定位；

(3.3)、分别定义超高强度钢板与折弯凸模、折弯凹模之间的接触条件，定义凹模固定边界条件，定义凸模下行距离，即折弯量；

(3.4)、将步骤(1.4)中完成的二次开发的程序文件写入ABAQUS软件。

进一步的，在步骤(5)中，所述建立第一道次超高强度钢板U型件折弯成形后回弹有限元模型的具体操作步骤如下：

(5.1)、取消步骤(3.3)中超高强度钢板与折弯凸模、折弯凹模之间的接触条件定义；

(5.2)、定义折弯后超高强度钢板位移边界条件；

(5.3)、将第一道次折弯后的应力、应变作为回弹计算的初始条件。

有益效果：本发明与现有技术相比，本发明提供的一种超高强度钢板U型件多道次渐进折弯成形的有限元模拟方法，可用于预测各道次折弯成形的折弯量和回弹量，为制定超高强度钢板U型件多道次渐进折弯成形工艺提供依据。

附图说明

图1是本发明的操作流程图；

图2是本发明中凹模、凸模和超高强度钢板折弯过程示意图；

图3是本发明中超高强度钢板U型件示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所述，本发明所述的一种超高强度钢板U型件多道次渐进折弯成形的有限元模拟方法，具体操作步骤如下：

(1)、建立超高强度钢材料的本构模型；

(2)、根据U型件的尺寸要求，设计超高强度钢折弯道次和每道次折弯量；

(3)、建立第一道次超高强度钢板U型件折弯成形有限元模型；

(4)、根据得到的步骤(1)中的本构模型和步骤(3)中的有限元模型，设置合适的分析步，采用动态显示算法模拟第一道次折弯成形过程，计算折弯过程中的应力、应变、力、变形量等；

(5)、采用ABAQUS的再启动功能，建立第一道次超高强度钢板U型件折弯成形后回弹有限元模型；

(6)、采用静态隐式算法模拟第一道次折弯成形后的回弹过程，计算回弹过程中的应力、应变、力及变形量等；

(7)、采用ABAQUS的再启动功能，重复步骤(3)～(6)，分别计算其他道次折弯成形、回弹后的应力、应变、力及变形量等；

(8)、根据U型件产品的尺寸要求，对比模拟结果，验证步骤(2)中设计的折弯道次和每道次折弯量。

进一步的，在步骤(1)中，所述建立超高强度钢材料的本构模型的具体操作步骤如下：

(1.1)、从轧制-热处理后的超高强度钢板上，分别沿平行轧向、垂直轧向、与轧向成45°方向，截取并加工拉伸试样；

(1.2)、对不同方向的拉伸试样进行单向拉伸试验，采用引伸计记录拉伸时的变形，获得拉伸时的力-变形曲线，根据曲线及试样截面积、引伸计标距，得到各方向拉伸试样的拉伸真应力-真应变曲线；

(1.3)、根据各方向拉伸试样的拉伸真应力-真应变曲线，得到各方向材料的塑性应变比、Hill48各向异性屈服准则参数以及A-F非线性随动强化模型参数；

(1.4)、将获得的步骤(1.3)中的各参数写入基于ABAQUS软件二次开发的程序文件中。

进一步的，在步骤(3)中，所述建立第一道次超高强度钢板U型件折弯成形有限元模型的具体操作步骤如下：

(3.1)、采用ABAQUS软件建立超高强度钢板、折弯凸模、折弯凹模实体模型；

(3.2)、对实体模型进行网格划分，对超高强度钢板、折弯凸模、折弯凹模进行装配定位；

(3.3)、分别定义超高强度钢板与折弯凸模、折弯凹模之间的接触条件，定义凹模固定边界条件，定义凸模下行距离，即折弯量；

(3.4)、将步骤(1.4)中完成的二次开发的程序文件写入ABAQUS软件。

进一步的，在步骤(5)中，所述建立第一道次超高强度钢板U型件折弯成形后回弹有限元模型的具体操作步骤如下：

(5.1)、取消步骤(3.3)中超高强度钢板与折弯凸模、折弯凹模之间的接触条件定义；

(5.2)、定义折弯后超高强度钢板位移边界条件；

(5.3)、将第一道次折弯后的应力、应变作为回弹计算的初始条件。

以上说明只是用于帮助理解本发明的核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种超高强度钢板U型件多道次渐进折弯成形的有限元模拟方法，其特征在于，具体操作步骤如下：

(1)、建立超高强度钢材料的本构模型；

(2)、根据U型件的尺寸，设计超高强度钢折弯道次和每道次折弯量；

(3)、建立第一道次超高强度钢板U型件折弯成形有限元模型；

(4)、根据得到的本构模型和有限元模型，设置分析步，采用动态显示算法模拟第一道次折弯成形过程，计算折弯过程中的应力、应变、力及变形量；

(5)、采用ABAQUS的再启动功能，建立第一道次超高强度钢板U型件折弯成形后回弹有限元模型；

(6)、采用静态隐式算法模拟第一道次折弯成形后的回弹过程，计算回弹过程中的应力、应变、力及变形量；

(7)、采用ABAQUS的再启动功能，重复步骤(3)～(6)，分别计算其他道次折弯成形、回弹后的应力、应变、力及变形量；

(8)、根据U型件产品的尺寸，对比模拟结果，验证步骤(2)中设计的折弯道次和每道次折弯量。

2.根据权利要求1所述的一种超高强度钢板U型件多道次渐进折弯成形的有限元模拟方法，其特征在于，

在步骤(1)中，所述建立超高强度钢材料的本构模型的具体操作步骤如下：

(1.1)、从轧制-热处理后的超高强度钢板上，分别沿平行轧向、垂直轧向、与轧向成45°方向，截取并加工拉伸试样；

(1.2)、对不同方向的拉伸试样进行单向拉伸试验，采用引伸计记录拉伸时的变形，获得拉伸时的力-变形曲线，根据曲线及试样截面积、引伸计标距，得到各方向拉伸试样的拉伸真应力-真应变曲线；

(1.3)、根据各方向拉伸试样的拉伸真应力-真应变曲线，得到各方向材料的塑性应变比、Hill48各向异性屈服准则参数以及A-F非线性随动强化模型参数；

(1.4)、将获得的各参数写入基于ABAQUS软件二次开发的程序文件中。

3.根据权利要求1所述的一种超高强度钢板U型件多道次渐进折弯成形的有限元模拟方法，其特征在于，

在步骤(3)中，所述建立第一道次超高强度钢板U型件折弯成形有限元模型的具体操作步骤如下：

(3.1)、采用ABAQUS软件建立超高强度钢板、折弯凸模、折弯凹模实体模型；

(3.2)、对实体模型进行网格划分，对超高强度钢板、折弯凸模、折弯凹模进行装配定位；

(3.3)、分别定义超高强度钢板与折弯凸模、折弯凹模之间的接触条件，定义凹模固定边界条件，定义凸模下行距离，即折弯量；

(3.4)、将步骤(1.4)中完成的二次开发的程序文件写入ABAQUS软件。

4.根据权利要求1所述的一种超高强度钢板U型件多道次渐进折弯成形的有限元模拟方法，其特征在于，

在步骤(5)中，所述建立第一道次超高强度钢板U型件折弯成形后回弹有限元模型的具体操作步骤如下：

(5.1)、取消步骤(3.3)中超高强度钢板与折弯凸模、折弯凹模之间的接触条件定义；

(5.2)、定义折弯后超高强度钢板位移边界条件；

(5.3)、将第一道次折弯后的应力、应变作为回弹计算的初始条件。

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