板材粘彈塑性軟模成形有限元-無網(wǎng)格法耦合模型與模擬.pdf

1、板材粘性介質(zhì)壓力成形與剛性模成形和氣、液軟模成形的不同之處在于成形過程中板材與軟模之間具有明顯的耦合變形特征，軟模性能對板材變形有較大的影響，這種板材變形與軟模體積變形之間的耦合變形解析求解很困難，借助于數(shù)值分析的手段對其進(jìn)行研究是十分必要的。由于成形過程中軟模變形量較大，使用有限元法容易出現(xiàn)網(wǎng)格畸變，軟模體積變形網(wǎng)格重劃既困難又影響計(jì)算精度。本文針對板材半固態(tài)粘性介質(zhì)和固態(tài)聚氨酯軟模成形提出了板材粘彈塑性軟模成形有限元-無網(wǎng)格法耦合分

2、析方法，對粘性介質(zhì)粘彈塑性本構(gòu)模型、板材有限元分析與軟模無網(wǎng)格法分析之間的接觸摩擦處理、粘性介質(zhì)與板材間的粘附應(yīng)力模型等進(jìn)行了研究，編制了相應(yīng)的耦合分析程序，對板材軟模成形過程進(jìn)行了數(shù)值模擬，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證了模型和程序的有效性。
　　首先，提出采用有限元法和無網(wǎng)格法相耦合的方法分析板材軟模成形過程，即板材彈塑性變形采用有限元法進(jìn)行分析，軟模體積變形采用無網(wǎng)格 Galerkin法進(jìn)行分析，兩種方法相結(jié)合，可以充分發(fā)揮兩種算法各自的優(yōu)

3、勢。推導(dǎo)了板材彈塑性、半固態(tài)粘性介質(zhì)軟模粘彈塑性和固態(tài)軟模超彈性本構(gòu)方程，進(jìn)而建立了基于更新拉格朗日列式的板材軟模成形過程有限元-無網(wǎng)格法耦合分析列式，并通過計(jì)算實(shí)例對上述模型進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　其次，由于板材軟模成形過程不僅存在板材與剛性凹模之間的接觸，還包含了軟模與板材這兩種耦合變形體之間的接觸，這也是板材軟模成形數(shù)值模擬有別于傳統(tǒng)剛性模沖壓成形數(shù)值模擬的重要特征。分別針對板材與凹模之間的滑動(dòng)摩擦，半固態(tài)粘性介質(zhì)與板材之間的粘附

4、作用以及固態(tài)軟模與板材之間的接觸摩擦建立相應(yīng)模型，重點(diǎn)研究了板材與軟模這兩種不同類型離散方式的耦合變形體之間的界面接觸處理方法。在多變形體耦合變形分析中采用靜力顯式算法避免了隱式算法中的多重迭代收斂問題，保證每一加載步長內(nèi)變形體的變形和接觸狀態(tài)保持穩(wěn)定，進(jìn)而給出增量過程中板材和軟模的應(yīng)力和應(yīng)變增量計(jì)算過程。
　　再次，對半固態(tài)粘性介質(zhì)的粘彈塑性本構(gòu)模型進(jìn)行了研究。利用動(dòng)態(tài)剪切流變儀對六種不同分子量（550000g/mol、6000

5、00g/mol、650000g/mol、700000g/mol、800000g/mol和900000g/mol）的粘性介質(zhì)分別進(jìn)行了振蕩、蠕變回復(fù)和剪切粘度實(shí)驗(yàn)，得到了不同分子量粘性介質(zhì)粘彈塑性本構(gòu)模型的材料參數(shù)，建立了粘性介質(zhì)分子量與粘彈塑性模型材料參數(shù)之間的關(guān)系式，為粘性介質(zhì)在成形過程中變形行為的分析提供了依據(jù)。
　　最后，采用開發(fā)的板材粘彈塑性軟模成形過程有限元-無網(wǎng)格法耦合分析程序?qū)Π宀膹椥攒浤Ｃ浶?、聚氨酯超彈性軟模脹以?/p>

6、不同分子量的粘性介質(zhì)壓力脹形形過程進(jìn)行了數(shù)值模擬。通過板材彈性軟模脹形的數(shù)值模擬，研究了有限元-無網(wǎng)格法耦合分析程序在處理軟模體積大變形上的優(yōu)勢；選用1Cr18Ni9Ti不銹鋼板材對聚氨酯軟模脹形進(jìn)行數(shù)值模擬，分析了板材固態(tài)聚氨酯軟模脹形過程中不同脹形高度下板材的應(yīng)變分布、壁厚分布規(guī)律，與試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證了所開發(fā)的程序的可靠性。使用不同粘度的粘性介質(zhì)對工業(yè)純鋁 Al1060板材進(jìn)行了粘性介質(zhì)壓力脹形數(shù)值模擬和試驗(yàn)研究，分析粘性介質(zhì)壓