基于KMAS的国际板成形Benchmark试验研究

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-06-27 原文发表:2007-06-27 人气:2

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内容摘要:摘要：通过运用自主开发的商品化冲压成形CAE软件KMAS（King-mesh Analysis System）对国际板成形会议（NUMISHEET2002）上提出的若干Benchmark试验数据进行计算机仿真，把模拟结果与实验值及其他软件模拟结果进行对比。对在不同冲压工艺下，KMAS对板材的各向异性凸缘制耳、起皱、接触状况、回弹的模拟精度做出评估，验证KMAS的动力半显式算法和回弹显式卸载算法的正确性。关键词: 板材成形数值模拟。Bechmark试验1.引言在汽车生产过程中，大多数结构件和覆盖件都是由板材冲压制造，而板材的成形性能和模具设计则是实现冲压工艺的关键，因而对板材的冲压成形分析（CAE）就显得至关重要。

摘要：通过运用自主开发的商品化冲压成形CAE软件KMAS（King-mesh Analysis System）对国际板成形会议（NUMISHEET2002）上提出的若干Benchmark试验数据进行计算机仿真，把模拟结果与实验值及其他软件模拟结果进行对比。对在不同冲压工艺下，KMAS对板材的各向异性凸缘制耳、起皱、接触状况、回弹的模拟精度做出评估，验证KMAS的动力半显式算法和回弹显式卸载算法的正确性。
关键词: 板材成形数值模拟；KMAS软件；NUMISHEET2002；Bechmark试验

1.引言

在汽车生产过程中，大多数结构件和覆盖件都是由板材冲压制造，而板材的成形性能和模具设计则是实现冲压工艺的关键，因而对板材的冲压成形分析（CAE）就显得至关重要。目前板材冲压成形CAE软件都以弹塑性大变形有限元技术为基础，并且已在国内外车身与模具设计中广泛应用[1]。KMAS(King-mesh Analysis System)是由吉林大学自主开发的商业化的三重非线性有限元专用分析软件，其CAE前处理数据准备更加简捷（与PAM-STAMP和DYNAFORM比较），回弹模拟的准确性在多数情况下高于国外同类CAE软件。本文所研究的Benchmark是2002年在韩国举行的板材成形数值模拟会议(NUMISHEET)提出的标准试题,用于对全世界板成形CAE软件进行测试评估。NUMISHEET是国际上最著名的数值模拟会议之一,其Benchmark对于板材成形CAE软件的测试具有权威性[2],其测试结果是值得信赖和借鉴的。

2. KMAS的基本理论

KMAS由网格生成器(Mesher)，前处理器(Top)，求解器(Solver)，后处理器(View)四部分组成。可对一般（一次）成形、多阶段成形、回弹变形过程进行仿真[1]，成形方式包括工业常用的单动与双动压机两种。

2.1. KMAS算法模型特点

1. 膜单元组弯曲理论，建立了金属薄板冲压过程的空间拟弯曲膜单元模型[3]，有效地解决了“沙漏控制”问题,实例分析结果表明能够有效地模拟弯曲和起皱问题。
2. 采用Mindlin板壳单元理论，四结点等参单元模型，共旋坐标理论，建立了可考虑横向剪切应变的适合于金属板材冲压成形数值模拟的BT壳有限元数学模型。
3. 采用具有微观物理基础的B-L各向异性屈服准则,可以有效模拟出塑性诱导各向异性的剪切“制耳”。
4. 在动力显式中心差分算法的基础上，采用牛顿迭代法，提出了基于速度迭代的弹塑性大变形动力半显式算法[4]，给出了迭代格式和收敛标准。采用该算法能明显提高加载过程的应力场精度，从而获得了比单纯用动力显式模拟加载过程更好的回弹结果。
5. 针对回弹问题，KMAS提出了一种新的求解方法，该方法采用有模具卸载方式，将动力显式中心差分方法与动力松弛方法结合起来。该方法弥补了单纯用动力松弛法计算回弹时间长、不易收敛的问题，以及采用隐式方法计算时的内存消耗大的问题。
6. 为提高凹模圆角处的模拟精度,KMAS引入了有限元自适应网格重划加密技术(Adaptive Remeshing),使得在圆角处网格更细密,更加贴近实验效果。

3. Benchmark A: Deep Drawing of Cylindrical Cup试验研究

3.1 试验目的

(1) 研究板材在高压边力下变形的各向异性行为。
(2) 研究板材在低压边力下变形时的起皱现象。
3.2. 实验所用材料参数