《板料成形数值模拟关键技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《板料成形数值模拟关键技术（74页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、板料成形数值模拟关键技术,Contents,单元的选择 材料的定义 模具与板料的相互作用接触的定义 自适应网格细分 (Adaptive Meshing) 显式算法和隐式算法 时间步长 一步算法，增量算法和2.5D 成形极限图（FLD）,EQ.1: Hughes-Liu EQ.2: Belytschko-Tsay (default) EQ.3: BCIZ triangular shell EQ.4: C0 triangular shell EQ.5: Belytschko-Tsay membrane EQ.6: S/R Hughes Liu EQ.7: S/R co-rotational Hug
2、hes Liu EQ.8: Belytschko-Leviathan EQ.9: fully integrated membrane EQ.10: Belytschko-Wong-Chiang EQ.11: Fast Hughes-Liu EQ.12: Plane stress 2D element (x-y plane) EQ.13: Plane strain 2D element (x-y plane) EQ.14: Axisymmetric Petrov-Galerkin 2D solid EQ.15: Axisymmetric Galerkin 2D solid EQ.16: full
3、y integrated (BWC),Shell Elements,Element Formulations,单元方程,为什么提供这么多单元方程? 全积分单元用于弹塑性，金属成形，气囊以及关心精确度的时候。 三角形单元(C0单元）刚度比较硬，不建议采用。但是在混合网格中采用，因为C0三角形壳单元，比退化的四边形网格算法好。 膜单元不能受弯曲和断面剪应力，适用于非常薄的板料以及拉张为主的变形中 。 进化的板壳单元有较高的精确度，但是和BT单元相比稳定性较差 BT单元速度非常快！,Element Formulations,单元方程,Characteristics of the Belytschko
4、-Tsay SE (default) 基于随动坐标系和速度位移方程. 随动坐标系的单元方程 避免了在单元中嵌入坐标系而导致的非线性动态的复杂性. 单元动量方程假设节点位于同一个平面. 如果是5个积分点, BT单元需要 725数学计算。但是一点HL单元需要4066次数学计算. HL单元的选择减缩积分需要35,367次数学计算。 由于计算速度效率非常高, BT单元方程通常是壳单元的单元方程的最佳选择. 正因为如此, 它已经成为4节点板壳单元的缺省的单元方程。 BT单元简单，速度非常快。,Element Formulations,单元方程,The cost of shell elements var
5、y by formulation,Element Formulations,单元方程,Operation counts (for elastic behavior NT=2 is OK),Element Formulations,单元方程,单元属性,*SECTION_SHELL $PROPERTY NAME:blankpro $ SID ELFORM SHRF NIP PROPT QR/IRID ICOMP 5 2 0.833E+00 3.0 1.0 0.0 $ T1 T2 T3 T4 NLOC 1.000E+00 1.000E+00 1.000E+00 1.000E+00,如果成形完后还要计
6、算回弹，需选择此项,参数选择,为什么不用统一的参数? LSDYNA是通用求解器 不同的应用需要不同的参数 不当参数影响结果预测 取决于用户的结果时常发生 对于板料成形，我们已经找到了合适的参数 做了非常多的分析实例 参数一致性得到长足改进 对不同的应用采用适当的参数，有利于分析效率 大多数参数，DYNAFORM都设定了合理的值 用户的经验仍然重要 缺省参数有其局限性 新的应用，需要新的参数 可以用来调试，,在钣金成形仿真中通常使用的单元方程 #2单元方程（ Belytschko-Tsay） #16单元方程 (全积分单元方程) #2单元在平面内一个积分点 #16单元在平面内四个积分点,#2 单元
7、 #16单元,参数选择 单元方程（1）,参数选择 单元方程（2）,在成形分析中 平面内拉伸重要 对于减薄和拉伸，使用面内一个积分点不会导致明显误差 在回弹预测中 应力分布更为重要 弯曲和非弯曲, 在单元平面内应力是不一致的 在面内选择更多的积分点是必要的,参数选择 单元方程（3）,特点: Element #2 比 #16快 (35倍) Element #16 能够捕获合理的应力分布 建议: 对成形分析#2单元是比较好的选择 节省CPU 降低内存需求 对回弹分析, element #16是更好的选择 更加精确的应力分布 在关键字中选择单元方程 *SECTION_SHELL ELFORM=2: E
8、lement #2 is selected ELFORM=16: Element #16 is selected (ELFORM is the second parameter under the card of *section_shell),厚度方向上的积分点(NIP) 在厚度方向的应力分布是复杂的 需要更多的积分点来捕获在厚度方向不同的应力分布模式.,几种在厚度方向的应力模式 Case I: 纯弹性弯曲; Case II: 弹性和塑性弯曲; Case III: 弯曲 + 拉伸; Case IV: 回弹后的,参数选择 厚度上的积分点（1）,NIP = 2 Case I中没有错误; Case
9、 II, III, IV中，导致错误 NIP = 3 Case I中没有错误; case II, III中，比较小的偏差; Case IV中，较大偏差 NIP=5,7 Case I中没有错误; Case II, III, and IV中，比较小的偏差.,NIP = 3 Real stress,参数选择 厚度上的积分点（2）,NIP 7 精确度没有明显提高 增加不必要的CPU 需要更多的内存 不推荐 Suggestions: 重力载荷 (可以认为是纯弹性变形) NIP = 2 可以增加计算速度 成形分析: (Case II and III) NIP=3 回弹分析: (Case IV) NIP=5
10、, 7 注意: 参数NIP 在 *SECTION_SHELL,参数选择 厚度上的积分点（3）,单元使用提示,单元算法BT，BWC，BL采用面内单点积分，全积分采用四点积分 所有壳单元厚度方向可以用任意多个积分点 对弹性变形沿厚度方向用两个积分点即可 塑性行为沿厚度方向用3到5个积分点，回弹可以用7个积分点 避免使用小单元，以免缩小时间步长。如果使用，请同时使用质量缩放。 减少使用三角形单元。 避免锐角单元和翘曲单元，否则会降低计算精度。,单向拉伸试验验证的塑性行为,材料模型/塑性行为,单轴拉伸试验,在单轴拉伸下, 可以看到下列阶段 弹性 屈服 塑性硬化 颈缩 破裂,材料模型,Option 1:
11、 Bilinear Model Option 2: Exponential Model Option 3: Experimental Data,钣金成形的材料塑性模型:,exponential,材料,Material 18: *Mat_Power_Law_Plasticity Material 24: *Mat_Piecewise_Linear_Plasticity Material 36: *Mat_3-Parameter_Barlet Material 37: *Mat_Transversely_Anisotropic_Elastic_Plastic Material 1: *Mat_El
12、astic Material 64: *Mat_Rate_Sensitive_Power_Law_Plasticity Material 103: *Mat_Anisotropic_Viscoplastic Material 33: *Mat_Barlet_Yld96,材料的加工硬化, = K n,s,从实验数据得到硬化曲线（决定弹塑性材料的属性）,假设我们从拉伸实验得到力的曲线，用下列步骤得到硬化曲线 产生工程应力/应变 产生真实应力/应变 去除弹性应变得到等效应力/等效塑性应变曲线,STEP 1: Engineering Stress/Strain Curve,STEP 2: True S
13、tress/Strain Curve,STEP 3: Shift to Remove Elastic Strains,硬化曲线,所得到的硬化曲线是屈服应力和等效塑性应变相关曲线。 对金属来说，真实应力是递增的,*Mat_3-Parameter_Barlet,*MAT_3-PARAMETER_BARLAT $MATERIAL NAME:DQ $ MID RO E PR HR P1 P2 1 7.850E-09 2.070E+05 2.800E-01 2.000E+00 5.320E+02 2.000E-01 $ M R00 R45 R90 LCID E0 SPI 6.000E+00 1.870E
14、+00 1.270E+00 2.170E+00 0 0.000E+00 0.000E+00 $ AOPT 0.0 $ XP YP ZP A1 A2 A3 $ V1 V2 V3 D1 D2 D3,由Barlat和Lian开发 平面应力状态下的各向异性材料 由Lankford参数定义各向异性. 有三种硬化准则可以选择. 比37号材料计算慢,*Mat_Transversely_Anisotropic_Elastic_Plastic,*MAT_TRANSVERSELY_ANISOTROPIC_ELASTIC_PLASTIC $MATERIAL NAME:CQ $ MID RO E PR SIGY ET
15、AN R HLCID 1 7.850E-09 2.070E+05 2.800E-01 1.760E+02 5.860E+02 1.400E+00 0.000E+00,s,p,使用Hill屈服函数. 只考虑横断面各向异性,平面内R=(R0+2R45+R90)/4 双线性或任意由定义的应力/等效塑性应变曲线. 不能模拟出凸耳现象,材料库,材料参数曲线,通常可能的错误 观测结果: 在钣金模拟过程中,过早失效(颈缩) 发现原因: 应力应变曲线不合理(高应变范围太低),Bad stress-strain curve,Effective strain,Effective stress,材料参数曲线,产生原因: 通过实验只能获得一定范围内的应力应变曲线,所以需要外插. 有几种外插方式,Commonly extrapolated stress-strain curves,Constant slope (too high stress in large strain),Power law (more reasonable fit),No hardening (result in earlier necking),使用材料提示,在定义材料属性时，确保使用一致的单位制，不正确的单位制(密度,时间,
