一种非线性应变路径下的成形极限应变图的应用方法技术

一种非线性应变路径下的成形极限应变图的应用方法，其包括：步骤1、试样材料基本参数的确定，非线性成形极限图的构建；步骤2、有限元Dynaform仿真计算输出主次应变数据表；步骤3、数据处理程序将数据分类为单向拉伸‑双向拉伸、双向拉伸‑双向拉伸和其它应变路径，输出数据文件；步骤4、非线性成形极限图中两条非线性成形曲线和线性成形极限曲线与对应的分类路径预测零件成形性能，找出非线性路径特征破裂单元，修改数学模型确定实际加工工艺方案。本发明专利技术根据非线性应变路径特征，将仿真模型输出的应变数据分类为单向拉伸‑双向拉伸、双向拉伸‑双向拉伸和其它路径，与已构建的非线性成形极限图一一对应精确评价该模型特征区域。

An application method of forming limit strain diagram under nonlinear strain path

【技术实现步骤摘要】
一种非线性应变路径下的成形极限应变图的应用方法
本专利技术涉及金属薄板冲压成形加工领域，特别涉及非线性应变路径下的成形极限应变图的应用方法，主要用于预测判断金属薄板成形中局部复杂特征部位的破裂，精确评价车间零件模型的成形工艺性能。
技术介绍
冲压工艺由于生产效率高、精度高、质量稳定和成本低而广泛应用于制造领域。冲压材料一般为厚度2mm以下的金属薄板，在模具中经过拉深、弯曲和胀形几种变形或是几种组合变形后，获得所需形状和性能的零件。同时在航空航天及汽车制造业轻量化进程中，各种高强度钢板和铝合金在车身成形制造中大量使用。这些材料区别与普通成形材料的复杂应力应变关系，成形能力也因高强度而变差，因此迫切需要更精确的成形预测方法。成形极限图作为一种预测成形过程的一种有效评价标准，利用成形极限曲线，可以快速评价板料在不同应变路径下发生破裂或缩颈的可能性，因此广泛应用于汽车、航空、航天等薄板成形性的评价。而传统成形极限图是基于线性加载或近似线性应变路径条件下得到的，且只有加载，没有卸载和反向加载的情况，这些载荷条件与实际工况中的情况差别较大，难以预测破裂位置。在实际冲压工艺中，零件局部复杂特征部位，这些复杂位置的应变路径多表现为非线性应变路径，然而传统成形极限图是基于线性应变路径建立的，用于评价非线性应变路径下的材料破裂显然会出现较大误差。汽车零件及模具设计中有限元分析方法作为板料成形设计制造的不可替代工具，有限元分析软件在金属板料成形实际生产应用过程中，具有预测板料成形性能改善工艺参数的重要作用。有限元计算过程繁复输出数据量大，数据处理难以直观判断非线性应变路径历史的部位，并且缺少非线性加载条件下构建的成形极限图与有限元仿真数据的结合实际应用方法。
技术实现思路
本专利技术是实现一种非线性应变路径下的成形极限曲线的应用方法，包含非线性成形极限曲线的构建和数据分类精准寻找到非线性区域破裂位置两个部分。本专利技术的提供的技术方案是一种非线性应变路径下的成形极限应变图的应用方法，具体包括以下步骤：步骤1、试验获取非线性应变路径下的两条非线性成形极限曲线和线性应变路径下的成形极限曲线；步骤2、对被评价冲压零件有限元仿真模拟；步骤2.1、对零件的冲压模具及板料模型划分网格，选取合适的材料模型并添加工艺参数，完成对零件冲压仿真的建模，模型中包含凸模，压边圈，凹模和板料；摩擦条件和时间步长均为默认，调整模具冲压方向进行仿真实验；步骤2.2、依托有限元Dynaform仿真软件和确定的材料构建立对应的仿真模型，仿真冲压板料为薄壳单元；步骤3、通过分类程序对应变数据自动处理分类显示，并输出的分类数据表具有不同类型路径的单元序号和应变数据，对应于实验复杂路径加载条件下非线性成形极限曲线，得出零件破裂位置单元序号；步骤4、用步骤1中输出的非线性成形极限图NFLD(non-linearforminglimitdiagram)中两条非线性成形曲线NFLCs(non-linearforminglimitcurves)和一条线性成形极限曲线FLC(forminglimitcurves)与分类程序得出的数据图对应预测零件成形性能，预测破裂位置。进一步地，步骤1中包括：步骤1.1、确定设计试样形状尺寸，安装双凸模结构的成形极限测试模具，实现双重叠加的非线性应变路径；步骤1.2、通过改变试样形状和凸模行程，丰富非线性应变路径的组合；步骤1.3、利用数字图像相关技术记录并分析试样变形过程及其表面的全场应变。进一步地，步骤3中分类程序能够将零件冲压仿真后其表面所有网格的应变路径准确分类为：单向拉伸-双向拉伸、双向拉伸-双向拉伸及线性应变路径。进一步地，步骤4中包括：步骤4.1、将应变路径分类图与三条成形极限曲线一一对应预测是否有超过极限应变的破裂位置。步骤4.2、在程序输出数据中找到破裂位置的单元序号，找到对应仿真模型的具体位置。本专利技术的突出效果在于：(1)本专利技术所提供的按照应变路径不同，分类评价零件破裂的方法，提升复杂零件冲压过程中破裂缺陷的预测精度。(2)本专利技术所提供的应变路径分类方法，可准确将零件冲压仿真后其表面所有网格的应变路径准确分类为：单向拉伸-双向拉伸、双向拉伸-双向拉伸及线性应变路径，是后续零件破裂的分类评价的基础。(3)本专利技术通过设计具有非线性特征单元的T形件，以实施例说明NFLD的具体应用方法步骤，说明了已构建的NFLD预测复杂成形路径部位可行。(4)通过以上应用方法步骤，可以对轻质材料的零件冲压缺陷部位进行评价。基于应变路径分类评价的应用方法对于复杂零件的冲压成形预测来说更为合理。附图说明图1所示为实验试样形状示意图；图2所示为非线性路径加载装置示意图；图3所示为已构建的非线性成形极限图；图4所示为特征件数学模型图；图5所示特征件有限元仿真网格划分模型图；图6所示为算法结构流程图；图7所示为数据分类界面显示；图8所示为仿真数据路径分类后的图；图9所示数据处理各模块联系示意图；图10所示T形特征件的应变路径分类及成形极限评价示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图1-10，对本专利技术实施例中的应用技术方法进行进一步说明和描述。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于专利技术保护范围。如图1所示，本实施例中构建复杂应变路径实验所需试样形状，需要多种宽度的试样使第一步应变路径具有不同应变程度，第二步改变凸模相对板料轧制方向不同角度使应变路径斜率不同，试样设置弧形缺口保证破裂点在DIC应变数据图像获取范围内。图1中，(a)是单向拉伸-双向拉伸实验试样形状，(b)是双向拉伸-双向拉伸实验试样形状。图2所示，本实施例所提供的测量复杂应变路径下薄板成形极限的试验装置包括：模柄1，上模座螺栓2，上模座3，照相机4，导套5，上连接座6，连接板固定螺栓7，上连接板8，凸模固定螺栓9，上凸模10，导柱11，压边圈固定螺栓12，压边圈13，凹模14，支撑板15，凹模固定螺栓16，下模座17，下模座连接螺栓18，下模座19，下凸模20，卡销21，下凸模支撑杆22，分度盘23，下凸模固定块24，下凸模定位座25，光源26，光源支架27，悬挂弹簧28。具体的，模柄1通过螺纹与上模座3连接；上模座3和上连接座6之间通过螺栓2连接；光源26和照相机4和设备固定支架固定在上模座3上；光源支架27用于固定光源26。上连接座6为中空结构并且具有足够高度；上凸模10为带法兰的中空结构锥形凸模，下部圆角过渡，通过凸模连接螺栓9和上连接座6连接；上连接座6和上连接板8通过连接板固定螺栓7固定。上模座3通过导套5和导柱11进行定位导向；导柱11通过过盈配合固定于下模座19上；试样本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非线性应变路径下的成形极限应变图的应用方法，具体包括以下步骤：/n步骤1、通过试验获取非线性应变路径下的成形极限图(NFLD)；/n步骤2、对被评价冲压零件进行有限元仿真模拟；/n步骤2.1、对零件的冲压模具及板料模型划分网格，选取合适的材料模型并添加工艺参数，完成对零件冲压仿真的建模，模型中包含凸模，压边圈，凹模和板料；设置摩擦条件和时间步长，调整模具冲压方向进行仿真实验；/n步骤2.2、依托有限元Dynaform仿真软件和确定的材料建立对应的仿真模型，仿真冲压板料为薄壳单元；/n步骤3、通过分类程序对应变数据自动处理分类显示，并输出的分类数据表具有不同类型路径的单元序号和应变数据，对应于实验复杂路径加载条件下非线性成形极限曲线，得出零件破裂位置单元序号；/n步骤4、用步骤1中输出的非线性成形极限图(NFLD)中两条非线性成形曲线(NFLCs)和线性成形极限曲线(FLC)与分类程序得出的数据图对应预测零件成形性能，预测破裂位置。/n

【技术特征摘要】
1.一种非线性应变路径下的成形极限应变图的应用方法，具体包括以下步骤：
步骤1、通过试验获取非线性应变路径下的成形极限图(NFLD)；
步骤2、对被评价冲压零件进行有限元仿真模拟；
步骤2.1、对零件的冲压模具及板料模型划分网格，选取合适的材料模型并添加工艺参数，完成对零件冲压仿真的建模，模型中包含凸模，压边圈，凹模和板料；设置摩擦条件和时间步长，调整模具冲压方向进行仿真实验；
步骤2.2、依托有限元Dynaform仿真软件和确定的材料建立对应的仿真模型，仿真冲压板料为薄壳单元；
步骤3、通过分类程序对应变数据自动处理分类显示，并输出的分类数据表具有不同类型路径的单元序号和应变数据，对应于实验复杂路径加载条件下非线性成形极限曲线，得出零件破裂位置单元序号；
步骤4、用步骤1中输出的非线性成形极限图(NFLD)中两条非线性成形曲线(NFLCs)和线性成形极限曲线(FLC)与分类程序得出的数据图对应预测零件成形性能，预测破裂位置。


2....

【专利技术属性】
技术研发人员：柳泉潇潇，
申请(专利权)人：湖南沃尔丁科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43