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341

作者：

谢晖

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摘要：

冲压成型是一种十分重要的制造技术,在汽车,航空,电器和国防等工业中都有广泛的应用,冲压成型技术的一个关键是冲压工艺设计及模具设计.传统的冲压工艺和模具设计,很大程度上依赖于经验,是制约模具开发水平提高的根本原因.随着CAE(Computer Aided Engineering)技术的发展,并成功地应用到板料成型的数值模拟中,基于CAE的冲压工艺与模具设计技术成为模具开发的一个有力工具,发挥着越来越大的作用. 本文较系统地研究了CAE仿真技术的核心理论,针对冲压成型中板料常见的三大缺陷:拉裂,起皱和回弹,提出了基于CAE的冲压工艺分析理论和方法,并将它应用到自主开发的板料冲压专用软件CADEM中,开发了压边力优化等重要的冲压工艺分析功能,提高了CAE软件的工程实用性.本研究的主要创新点包括如下几个方面: (1)研究了板料拉伸稳定理论和可视化方法,提出了拉裂预测的新方法.拉裂是由于拉伸失稳引起的,以连续体力学为基础的Hill集中性失稳理论和Swift分散性失稳理论应用到各向同性板料进行失稳判定;将Marciniak和Kuczynski的凹槽损伤失稳理论应用到正交各向异性板料拉伸失稳判定,对板料各处在成型过程中不同时刻的稳定性进行数值化描述,并运用计算机仿真技术进行直观的表现,可以准确地预测板料成型中可能出现的拉裂现象. (2)提出了板料起皱的临界应力计算的新方法,实现了板料压缩稳定性的可视化描述和起皱的预测.运用能量原理和有限元方法,从较简单的力学模型出发,提出了虚拟刚度的概念和板料起皱的临界应力的计算方法.为了较精确地描述板料各部分发生起皱的可能程度,本研究从16个单元区域的起皱分析入手,初步得到各单元的起皱临界因子,然后进一步进行区域搜索或选定区域计算,找到包含某单元最可能发生起皱的区域,得到能反映各单元起皱发生难易程度的临界因子,并用云图将它描述出来,从而较精确,直观地预测起皱的发生. (3)提出了基于CAE和神经网络的压边力优化新方法.通过CAE仿真计算,对成型过程中每一时刻板料的稳定性进行数值化描述,可以直接以板料上某些关键点(如最易失稳处)的稳定性值作为输入参数,运用神经网络方法进行压边力的优化,采用这种方法训练样本时不需要专门的测试设备,可获得冲压过程 中任一时刻的最优压边力,因而可以得到整个冲压过程的压边力最优控制曲线. (4)完善了冲压板料回弹的精确计算方法.借助于CAE软件,系统地研究 了对冲压板料的回弹影响因素,并比较了它们影响程度;回弹的仿真计算中,指 出了板料反向失稳的可能性,并推导了回弹失稳的临界应力计算公式,研究了考 虑Bauschinger效应的精确回弹计算方法. 本文提出的基于CAE的冲压工艺分析理论和方法,应用到实际生产中,有 效地解决了生产中的技术难题,为促进模具技术的进步,降低模具的开发成本有 重要意义.

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关键词：

冲压成型 CAE 冲压工艺 失稳 拉裂 起皱 回弹 压边力优化

学位级别：

博士

学位年度：

2003

DOI：

10.7666/d.y578726

被引量：

45