拉延成形多目标序列响应面法优化设计方法

为了克服常规响应面法在整个设计空间进行逼近导致精度低和传统的单目标优化设计,只能针对其中的一个目标进行优化的缺陷,提出了一种多目标序列响应面法,优化设计拉延筋几何参数的方法. 该方法通过移动、缩放等方式在设计空间中不断更新兴趣域,在不同的兴趣域中将实验设计、响应面法和多目标粒子群优化算法相结合,获得了一组最小化起皱、拉裂缺陷的等效拉延阻力非劣解. 利用最小距离选解法从非劣解集中挑选出一组成形效果最好的解, 并以此解作为下一迭代步兴趣域的中心,直到收敛至一组最优的等效拉延约束阻力. 以最优等效拉延阻力为约束条件,利用等效拉延筋阻力模型结合遗传算法对拉延筋的真实几何参数进行设计. 优化设计的拉延筋几何参数提高了板料的成形性能. 算例表明,该方法具有较高的精度和较强的工程实用性.      

基于非关联流动规律的Gotoh屈服准则的参数确定方法

屈服准则对板料成形过程的理论解析、工艺优化和有限元模拟有着重要的影响. 通过提高屈服准则的各向异性表征能力, 可以确保成形过程的可靠性及实际预测的准确性. 本文基于非关联流动法则, 给出了Gotoh屈服准则一套全新的参数求解方法. 在结合常用屈服准则并考虑流动规律的基础上, 分别以5754O铝合金、DP980先进高强钢和SAPH440结构钢作为研究对象, 进行了不同加载路径下各向异性变形行为的预测. 根据Gotoh屈服准则推导的屈服函数、塑性势函数以及基于关联流动的理论函数计算出屈服应力和各向异性指数$r$值随加载角度的分布趋势, 进而针对平面应力状态的屈服轨迹展开分析, 验证了不同屈服准则和流动规律对各向异性屈服行为的预测精度. 理论与实验数据对比结果表明: 不同屈服准则针对同种板料在流动规律一致的情形下其表征各向异性的能力有显著差异; 相同屈服准则基于不同流动规律其表征能力也具有明显差别. 基于非关联流动的屈服准则能极大地提高精度, 各向异性表征能力显著加强. 相关结果能够为各向异性屈服准则在塑性成形领域的实际应用方案提供重要参考.      

基于非关联流动规律的Gotoh屈服准则的参数确定方法

屈服准则对板料成形过程的理论解析、工艺优化和有限元模拟有着重要的影响.通过提高屈服准则的各向异性表征能力,可以确保成形过程的可靠性及实际预测的准确性.本文基于非关联流动法则,给出了Gotoh屈服准则一套全新的参数求解方法.在结合常用屈服准则并考虑流动规律的基础上,分别以5754O铝合金、DP980先进高强钢和SAPH440结构钢作为研究对象,进行了不同加载路径下各向异性变形行为的预测.根据Gotoh屈服准则推导的屈服函数、塑性势函数以及基于关联流动的理论函数计算出屈服应力和各向异性指数r值随加载角度的分布趋势,进而针对平面应力状态的屈服轨迹展开分析,验证了不同屈服准则和流动规律对各向异性屈服行为的预测精度.理论与实验数据对比结果表明:不同屈服准则针对同种板料在流动规律一致的情形下其表征各向异性的能力有显著差异;相同屈服准则基于不同流动规律其表征能力也具有明显差别.基于非关联流动的屈服准则能极大地提高精度,各向异性表征能力显著加强.相关结果能够为各向异性屈服准则在塑性成形领域的实际应用方案提供重要参考.     

各向异性屈服准则的发展及实验验证综述

鉴于材料的屈服行为对板料成形的重要性, 人们对各向异性屈服准则进行了长期研究. 本文对各向异性屈服准则的发展进行了较为全面的回顾, 对Hill系列、Hosford系列和Drucker系列3类屈服准则分别进行归纳. 重点介绍不同类型屈服准则的适用范围及缺陷, 总结目前国内外所采用的不同的实验验证方法, 最后指出各向异性屈服准则在数值模拟中应用的难点及今后的研究方向.      

各向异性本构关系在板料成形数值模拟中的应用

对几种能表达面内各向异性的屈服准则Hill、Barlat-Lian、Barlat进行了比较。以弹性变形服从各向同性广义虎克定律的情况下，给出了基于张量算法推导的弹塑性本构关系的一般表达式，并由此导出了相应屈服准则的弹塑性本构关系的显式表达。借助ABAQUS软件本构模块用户子程序接口，分别实现了这些屈服准则在ABAQUS的嵌入。以模拟方形盒的拉延过程为例，分析了不同的屈服准则在板料成形过程数值模拟中的应用。模拟结果表明，基于弹塑性本构关系一般表达所列出的相应屈服准则的显式表达式是正确的；在采用壳元来模拟板料成形时，采用Barlat准则的模拟结果和采用Barlat-Lian准则的结果差别不大。     

筒形件液压拉深过程最优压边力的研究

结合筒形件液压拉深新装置的基本工作原理，提出了筒形件拉深法兰部分切向应变更为精确的简化计算公式，进一步获得了该法兰区域板料径向及切向应力的新的数学表达式。应用能量法重新建立了筒形件拉深时法兰区板料不起皱的最小压边力的数学表达式。明确指出液压拉深时拉深中的危险断面在板料凹模圆角区和筒壁区相交处，建立了相应的拉深力的计算公式，并获得了拉深破裂临界状态时极限拉深力及径向应力表达式。推导出了拉深破裂最大压边力的公式．指出实际拉深时最佳压边力应在防皱最小压边力和拉破最大压边力之间选取，同时根据该结果也能计算液体压力与最小拉深系数的关系。计算结果表明，该液压拉深方法可大幅度提高拉深变形程度，值得在工业实际中推广应用。     

基于连续体损伤理论的硼钢高温成形极限确定法

为了应对节能减排及汽车安全性的双重要求,先进高强钢的开发和应用受到愈来愈高的重视. 超高强度钢板热冲压成形技术是减轻车身重量、提高汽车抗冲击和防撞性能的重要途径,目前已经成为世界汽车制造行业的热门技术. 成形极限是硼钢热冲压成形过程中一个非常重要的表征参数,但由于高温半球形凸模胀形试验(Nakazima) 的复杂性造成实验测试面临诸多困难. 针对硼钢热冲压成形过程特点,提出将韧性损伤模型与有限元数值模拟技术结合起来预测硼钢高温成形极限的方法. 在连续体损伤力学基础上,建立了考虑有效应力和等效塑性应变对微孔损伤影响的勒迈特(Lemaitre) 韧性损伤演化方程,在损伤耗散势函数中引入了等效塑性应变因子,从而寻找到能够准确反映硼钢在奥氏体状态下的成形特性的勒迈特耗散势函数. 选取基于遗传算法的基于非支配排序的多目标优化算法(NSGA-II) 与有限元分析软件“FORGETM” 相结合的方法优化韧性损伤模型中材料的损伤因子,并利用优化后的损伤因子准确预测到板料成形过程的拉伸失稳和断裂现象. 将建立的韧性损伤模型引入到硼钢高温半球形凸模胀形有限元仿真模型中,通过预测的成形极限与实验测定结果的比较,验证了所提韧性损伤模型预测硼钢高温成形极限的可靠性.      

三维板料成形过程的显式有限元分析

本文采用基于随动坐标系的假定应变域壳单元及显式有限元格式求解三维板料成形问题。板材料服从Ｈｉｌ各向异性弹塑性准则，板料与模具之间的接触界面由主仆面接触搜寻法处理，接触力由罚参数法计算。文中给出了几个三维成形过程的计算实例。数值算例表明，本文方法具有较高的计算精度和计算效率，可在微机上分析中等复杂程度的成形过程     

一种适用于板料成形过程分析的自适应有限元方法

本文主要讨论在板料成形过程的动态显式有限元分析中,有限元网格的丙分割技术。单元为四节点壳单元,板料的材料特性假定满足Ｈｉｌｌ各向异性的弹塑性准则,采用自适应ｈ－方案,通过细化和聚合单元调整网格的疏密,模具被假定为由刚性小平面组成,与同一单元的节点发生接触处的模具表面的法线之间的夹角作为单元再分的判据。通过对方表盒冲压成形过程的计算,说明该方法是有效的。     

正交各向异性金属板料的成形极限

１９９３年希尔提出了一个适用于各向异性材料的屈服准则,该文运用该屈服准则和马辛尼克－库祖斯基假设,建立了能够确定正交各是性金属料成形极限的控制方法半数值求解,分析了不同材料参数对成形极限图的影响。     

基于有限差分法薄板激光冲击响应的数值模拟

在激光冲击载荷作用下, 薄板变形速度快, 诱导产生的应力波的传播过程较为复杂. 传统的测量工具难以对薄板变形过程中的动态响应进行有效的测量. 本文采用理论与实验相结合的方法, 构建了薄板在激光冲击下二维轴对称平面模型, 建立其拉格朗日运动方程, 利用有限差分法求其显式解, 分析薄板在激光冲击载荷作用下薄板的变形过程和应力波的传播过程, 并研究不同工艺参数对薄板动态响应特性的影响. 结果表明, 薄板变形初期的速度为振荡式增加, 在快速的拉胀式变形过程中会出现明显的回弹现象, 在光斑边界处产生向内和向外传播的应力波, 载荷的压力-空间分布以及边界约束条件也对薄板的动态响应结果有显著的影响. 激光冲击实验得到的结果与数值结果和预测结果基本吻合. 研究方法与所得结论可为薄板激光冲击成形过程中的参数优化提供参考.      

金属薄板成型工艺中的失稳和损伤分析

简要地评述了金属薄板成型工艺中局部化颈缩引起的塑性失稳机制和成型极限分析的成果；讨论了多种塑性失稳判据在成型极限分析的实验和有限元模拟两方面的应用及其局限性；指出了塑性失稳破坏是延性材料的塑性加工硬化和损伤软化两者的相互作用过程，并介绍了应用连续损伤力学方法研究这一课题的进展。     

SECTIONAL FINITE ELEMENT ANALYSIS OF COUPLED DEFORMATION BETWEEN ELASTOPLASTIC SHEET METAL AND VISCO-ELASTOPLASTIC BODY

The present paper is devoted to developing a new numerical simulation method for the analysis of viscous pressure forming (VPF), which is a sheet flexible-die forming (FDF) process. The pressure-carrying medium used in VPF is one kind of semisolid, flowable and viscous material and its deformation behavior can be described by the visco-elastoplastic constitutive model. A sectional finite element model for the coupled deformation analysis between the visco- elastoplastic pressure-carrying medium and the elastoplastic sheet metal is proposed. The resolution of the Updated Lagrangian (UL) formulation is based on a static explicit approach. The frictional contact between sheet metal and visco-elastoplastic pressure-carrying medium is treated by the penalty function method. Coupled deformation between sheet metal and visco-elastoplastic pressure-carrying medium with large slip is analyzed to validate the developed algorithm. Finally, the viscous pressure bulging (VPB) process of DC06 sheet metal is simulated. Good agreement between numerical simulation results and experimental measurements shows the validity of the developed algorithm.     

冲压过程模拟的接触与摩擦关系数值方法

文中简介采用非经典算法求解板件冲压过程数值模拟的基本思想；就与模具间接触与摩擦关系的处理作重点论述，并给出算例。     

用损伤理论方法预测铝合金薄板成型极限

应用各向异性损伤理论研究2024-T3铝合金薄板的成形极限,通过构造有限元单胞模型预测薄板结构的极限应变.单胞模型由两相材料组成:铝合金基体和金属强化物.基体采用全耦合弹塑性-损伤本构方程描述,而金属强化物则视为弹脆性材料.采用所提出的缩颈准则,得到了双轴拉伸状态下铝合金薄板的极限应变,和实验结果比较两者吻合较好.研究结果揭示有限元单胞模型可以提供铝合金的细观损伤机理信息,当忽略材料的损伤影响,采用金属薄板成型理论的研究结果将过高估计薄板的极限应变.     

NUMERICAL PREDICTIONS AND EXPERIMENTAL VALIDATIONS OF DUCTILE DAMAGE EVOLUTION IN SHEET METAL FORMING PROCESSES

Prediction of forming limit in sheet metal forming is among the most important challenges confronting researchers. In this paper, a fully coupled elastic-plastic-damage model has been developed and implemented into an explicit code. Due to the adoption of the plane stress and finite strain theories, model can predict deformation and damage of parts quickly and accurately. Also, damage initiation, propagation, and fracture in some operations are predicted and validated with experiments. It is concluded that finite strain combined with continuum damage mechanics can be used as a quick tool to predict ductile damage, fracture, and forming limits in sheet metal forming processes.     

A MODIFIED ALGORITHM FOR DEALING WITH HOLDER FRICTION BOUNDARY CONDITION IN SIMULATION OF SHEET METAL FORMING

I. INTRODUCTIONSheet metal forming is an important metal forming technology, which has found wide applicationin automobile body, especially car body production[1]. With the constantly increasing demand forshape, quality and dimension precision of stamped products, engineers are urged to keep improvingand perfecting the forming process, which also makes the numerical simulation technology for sheetmetal forming based on elasto-plastic large deformation FEM theory[2??6] employed more exten…     

A new approach for failure criterion for sheet metals

The interpretation of sheet forming simulations relies on failure criteria to define the limits of metal deformation. The common requirements for these criteria across a broad range of application areas have not yet been satisfied or fully identified, and a single criterion to satisfy all needs has not been developed. Areas where existing criteria appear to be lacking are in the comprehension of the effects of non-proportional loading, general non-planar and triaxial stress loading, and process and material mechanisms that differentiate between necking and fracture. This study was mainly motivated to provide an efficient method for the analysis of necking and fracture limits for sheet metals. In this paper, a model for the necking limit is combined with a model for the fracture limit in the principal stress space by employing a stress-based forming limit curve (FLC) and the maximum shear stress (MSS) criterion. A new metal failure criterion for in-plane isotropic metals is described, based on and validated by a set of critical experiments. This criterion also takes into consideration of the stress distribution through the thickness of the sheet metal to identify the mode of failure, including localized necking prior to fracture, surface cracking, and through-thickness fracture, with or without a preceding neck. The fracture model is also applied to the openability of a food can for AA 5182. The predicted results show very good agreement with the experimentally observed data.