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弹塑性有限元法与刚塑性有限元法

弹塑性有限元法与刚塑性有限元法
板料成形数值模拟涉及到连续介质力学中材料非线性、几何非线性、边界条件非线性三非线性问题的计算,难度很大。

随着非线性连续介质力学理论、有限元方法和计算机技术的发展,通过高精度的数值计算来模拟板料成形过程已成为可能。

从70年代后期开始,经过近二十年的发展,板料成形数值模拟逐渐走向成熟,并开始在汽车、飞机等工业领域得到实际应用。

本文评述了板料成形数值模拟的发展历史和最新进展,并指出了该领域的发展趋势。

1、板料成形的典型成形过程、物理过程与力学模型
典型成形过程
板料成形的具体过程多种多样,在模拟分析时,可归纳成如图1所示的典型成形过程。

成形时,冲头在压力机的作用下向下运动,给板料一个作用压力,板料因此产生运动与变形。

同时,冲头、压力圈和凹模按一定方式共同约束板料的运动与变形,从而获得所要求的形状与尺寸。

物理过程
板料成形的物理过程包括模具与板料间的接触与摩擦;由于金属的塑性变形而导致的加工硬化和各向异性化;加工中可能产生的皱曲、微裂纹与破裂及由于卸载而在零件中产生回弹。

力学模型
板料成形过程可归纳成如下的力学问题:
给定冲头位移、凹模位移及压边圈历程函数,求出板料的位移历程函数,使其满足运动方程、初始条件、边界条件、本构关系及接触摩擦条件。

2板料成形数值模拟的发展历史
塑性有限元方法的发展
根据材料的本构关系,用于板料成形分析的非线性有限元法大体上分为刚-(粘)塑性与弹-(粘)塑性两类。

粘塑性有限元法很早就在板料成形分析中应用过,只是未能推广。

事实上,粘塑性有限元法适用于热加工。

在热加工时,应变硬化效应不显著,材料形变对变形速率有较大敏感性。

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