《板料成形数值模拟中的接触摩擦研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《板料成形数值模拟中的接触摩擦研究（75页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、摘要摘要在板料成形中，板料与工具之间的摩擦是一个非常重要的行为，它的存在影响着板料成形性能及应力、应变和厚度的变化。在板料成形有限元模拟过程中，必须准确地建立有限元模型和摩擦边界条件，如果不能提供准确的摩擦信息，就失去了模拟的准确性。本文对板料成形模拟过程中的摩擦问题进行了研究。主要研究内容如下：1 ) 较系统地阐述了板料成形有限元理论、接触搜寻算法和摩擦模型等。2 ) 分析了板料成形过程数值模拟的建模方法，通过在A B A Q U S E x p l i c i t 用户子程序V F R I C 中进行二次开发，实现了修正的库仑摩擦模型在A B A Q u s 成形模拟中的调用，并通过实例证
2、明了其可行性。3 ) 通过对外缘内外曲组合翻边成形件的有限元模拟，分析了摩擦在板料成形过程中对应力、应变和厚度变化的影响。4 ) 将神经网络技术、数值模拟技术相结合，建立了摩擦系数与板料成形厚度的非线性映射关系，通过实验和模拟，实现了用人工神经网络建立映射关系模型来预测板料成形过程中的摩擦系数，为板料成形数值模拟中摩擦系数的确定提供了一种实用方法。关键字：板料成形有限元模拟用户子程序人工神经网络摩擦系数A b s t r a c tA b s t r a c tF r i c t i o nb e t w e e nt h es h e e ta n dt o o l i n gi sav e
3、 r yi m p o r t a n ta c td u r i n gs h e e tm e t a lf o r m i n g ，w h o s ee x i s t e n c ei n f l u e n c e st h es h e e tm e t a lf o r m i n gp e r f o r m a n c e ，d i s t r i b u t i o no fs t r e s sa n ds t r a i na n dt h ec h a n g eo ft h i c k n e s s T h ef i n i t ee l e m e n tm
4、o d e la n df r i d i o nb o u n d a r yc o n d i t i o n sm u s tb eb u i l te x a c t l yd u r i n gt h ep r o c e s so ff i n i t ee l e m e n ts i m u l a t i o no ns h e e tm e t a lf o r m i n g I ft h ef r i c t i o ni n f o r m a t i o nC a nn o tb ep r o v i d e de x a c t l y ，t h ee x a c
5、 t n e s so fs i m u l a t i o nw i l lb el o s t T h i sp a p e rs t u d i e st h ef r i c t i o np r o b l e md u r i n gt h es h e e tm e t a lf o r m i n gs i m u l a t i o n T h em a i nc o n t e n ti sa sf o l l o w s ：t ) T h ef i n i t ee l e m e n tt h e o r yo ft h es h e e tm e t a lf o r
6、 m i n g ，c o n t a c ts e a r c h i n ga r i t h m e t i ca n dt h ef r i c t i o nm o d e la r ew i d e l yd i s c u s s e di nt h ep a p e r 2 ) T h em o d e l i n gm e t h o d so fn u m e r i c a ls i m u l a t i o no fs h e e tm e t a lf o r m i n ga r ea n a l y z e d B yr e d e v e l o p m e
7、n ti nt h eA B A Q U S E x p l i c i tu s e rs u b r o u t i n eV F R I C ，t h em o d i f i e dc o u l o m bf r i c t i o nm o d e li ss u c c e s s f u l l ya p p l i e dt oA B A Q U Sf o r m i n gs i m u l a t i o n A tl a s t ，t h ef e a s i b i l i t yi sp r o v e dt h r o u g hae x a m p l e 3
8、) T h ec h a n g e so fs t r e s s ，s t r a i na n dt h i c k n e s si n f l u e n c e db yf r i c t i o nd u r i n gt h es h e e tm e t a lf o r m i n ga r ea n a l y z e db yt h ef i n i t ee l e m e n ts i m u l a t i o no fc o n c a v e c o n v e xc o m b i n a t i o nf l a n g i n g 4 1An o n -
9、 l i n e a rm a p p i n gr e l a t i o nf o rt h i c k n e s so fs h e e tm e t a lf o r m i n ga n df r i c t i o nc o e f f i c i e n ti se s t a b l i s h e db yc o m b i n i n gt h eA r t i f i c i a lN e u r a lN e t w o r kt e c h n o l o g ya n dt h en u m e r i c a ls i m u l a t i o nt e c
10、h n o l o g y A c c o r d i n gt ot h ee x p e r i m e n ta n ds i m u l a t i o n ，i m p l e m e n t i n gt op r e d i c tf r i c t i o nc o e f f i c i e n to fs h e e tm e t a lf o r m i n gb ya r t i f i c a ln e u r a ln e t w o r k ，w h i c ha f f o r d sap r a c t i c a lm e t h o dt od e t e
11、 r m i n et h ef r i c t i o nt o e f f i c i e n ti nn u m e r i c a ls i m u l a t i o no fs h e e tm e t a lf o r m i n g Z h o uJ i n g y o n g ( M a t e r i a lP r o c e s s i n gE n g i n e e r i n g )D i r e c t e db yP 缚H u a n gJ u h u aK e yw o r d s ：S h e e tM e t a lF o r m i n g ，F E A
12、 ，U s e rS u b r o u t i n e ，A r t i f i c i a lN e u r a lN e t w o r k ( A N N ) ，F r i c t i o nC o e f f i c i e n tI I学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解壹墨叁鲎有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：问蝴签字日期
13、：巩哆年月，牛日学位论文作者毕业后去向：工作单位：通讯地址：铈签名墨芍d剔磋名哆拥 签字日期：盼彳月争日电话：邮编：第一章绪论1 1 引言第一章绪论板料冲压成形是现代工业中一种重要的加工方法，在航空航天、汽车等各个领域均有广泛的应用f l 】。在冲压件生产准备过程中，尤其是汽车覆盖件的设计和模具制造过程中的传统方法，大多需要反复试验和修模，这样不仅生产效率低、成本高、周期长，而且产品质量也难以保证。随着计算机技术的不断提高及有限元分析技术的飞速发展，一个融入计算机图形学、数值方法、塑性成形理论与工艺等技术的有限元模拟软件系统已成为模具研究及冲压成形参数优化的强有力的工具。它的使用大大缩短了新产
14、品开发周期、降低了开发成本、提高了产品质量、增强了产品的竞争力。在美国和欧洲，几乎1 0 0 的主要车身覆盖件都要经过冲压成形过程有限元模拟的检验1 2 】0板料成形有限元数值模拟技术是一个涉及计算科学、材料科学和有限元技术等领域的综合技术。自上世纪7 0 年代以来，金属薄板冲压成形的计算机模拟技术已经逐步从实验室走向了实际应用。板料成形过程包括成形材料的选择、成形件坯料制备、成形工序制定、模具设计、模具制造、材料成形后处理等过程，其中成形工序的制定是关键，板料成形的基本工序主要包括弯曲、胀形、拉深和翻边等。无论是在机械传动中，还是在金属塑性成形中，都存在相对运动或有运动趋势的两接触表面之间的
15、摩擦【3 】。几乎所有涉及板料成形数值模拟的研究都需要考虑接触摩擦问题，对板料成形过程中摩擦机理、摩擦模型等研究的滞后，直接影响了板料成形研究的发展【4 J 。1 2 塑性成形中摩擦的分类及机理。1 们1 2 1 塑性成形中摩擦的分类板料成形数值模拟中的接触摩擦研究金属在塑性成形时，根据坯料与工具的接触表面之间的润滑状态的不同，可以把摩擦分为四种类型，即于摩擦、边界摩擦、流体摩擦和混合摩擦。I ) 干摩擦当变形金属与工具之间的接触表面上不存在任何外来的介质，即直接接触时，所产生的摩擦称为干摩擦，见图卜l ( a ) 。这种绝对理想的干摩擦在实际生产中是不存在的，这是由于金属在塑性成形过程中，其
16、表面总会产生氧化膜或吸附一些气体、灰尘等其他介质。通常所说的干摩擦是指不加任何润滑剂的摩擦。在金属板料的塑性加工过程中，由于加工环境的影响，扳料、模具的表面不可避免的带有油污、氧化层、灰尘等，所以在实际的加工过程中干摩擦现象是不存在的。干摩擦现象只是一种理想的简化摩擦现象，研究干摩擦的摩擦机理，只是为了研究实际生产过程中混合摩擦现象中的干摩擦分量。2 ) 边界摩擦当坯料与工具之间的接触表面上加润滑剂时，随着接触压力的增加，坯料表面凸起部分被压平，润滑剂被挤入凹坑中，并被封存在里面，这时在压平部分与模具之间存在一层极薄的润滑膜，其厚度约为1 0 一姗左右。这种润滑膜一般是一种流体的单分子膜，接触表面就处在被这种单分子膜隔开的状态，这种单分子膜润滑的状态称为边界润滑，这种状态下产生的摩擦称为边界摩擦，如图卜1 ( b )所示。若这层单分子膜完全被挤掉，则工具与变形金属直接接触，此时会出现粘膜现象。大多数塑性成形中的摩擦均属于边界摩擦。3 ) 流体摩擦当变形金属与工具表面之间的润滑剂层较厚，两表面完全被润滑剂隔开，此 照隐聪abc图卜i摩擦分类
