【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 （211） 是相對(duì)滑動(dòng)速度向量。由于在板料成形分析中，某些局部的相對(duì)速度很小或相對(duì)速度方向突然發(fā)生改變，接觸狀態(tài)有粘連到滑動(dòng)或相反的變化將導(dǎo)致按公式（10）計(jì)算的摩擦力方向和大小突然變化，而引起的計(jì)算不穩(wěn)定。目前人們通常通過(guò)引入的廣光順函數(shù)來(lái)修正庫(kù)倫摩擦定律，可用的光順函數(shù)有雙曲正切和反正切函數(shù)，可以得到以下修改的庫(kù)侖摩擦定律： （212）式中，是一個(gè)給定的相對(duì)滑動(dòng)速度，它的大小決定了修訂的摩擦模型和原模型的相近程度。過(guò)大的導(dǎo)致有效的摩擦系數(shù)值的降低，但使迭代相對(duì)容易收斂，而太小的雖然能夠較好模擬摩擦力的突變，但使求解的穩(wěn)定性下降。修正的摩擦模型式（11）和（12）近似。經(jīng)典庫(kù)倫摩擦定律是從最初適用的剛體一般化到變形體，是在遵循“切向力到達(dá)某一臨界值時(shí)，接觸表面才會(huì)在局部產(chǎn)生位移”這一假設(shè)的前提下應(yīng)用的。盡管這一假設(shè)在一定的情況下有效，但嚴(yán)格的說(shuō)，它是不成立的。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，只要有切向力存在，兩接觸面就會(huì)產(chǎn)生滑移，據(jù)此又提出了一些非線性的摩擦定律。但是這些摩擦模型有的過(guò)于復(fù)雜，有的一些系數(shù)很難通過(guò)試驗(yàn)獲得，使用的較少，由以上的分析可知，板料拉深過(guò)程的潤(rùn)滑與流體潤(rùn)滑，流體靜壓潤(rùn)滑和彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑存在很大的區(qū)別，不能用單一的理論來(lái)解釋，這也是迄今為止還沒(méi)有一種能圓滿解釋板料拉深成形過(guò)程中潤(rùn)滑現(xiàn)象的理論原因之一。目前，在板料沖壓成形CAE分析時(shí)，為了降低問(wèn)題的復(fù)雜程度，常用的摩擦定律仍是經(jīng)典庫(kù)倫摩擦定律，但為了提高成形分析的精度，進(jìn)行實(shí)際的工藝分析，可采用通過(guò)具體摩擦試驗(yàn)獲得的實(shí)際摩擦系數(shù)進(jìn)行相關(guān)的CAE分析。本章主要的講述了關(guān)于有限元涉及的一些基本理論，其中回彈是由于載荷在釋放時(shí)，制件各個(gè)部分由于受到的力不均勻性和流動(dòng)不均勻性而導(dǎo)致其產(chǎn)生回彈，為ＣＡＥ分析提供了理論支持。3 板料拉延過(guò)程的有限元分析本章主要是針對(duì)在制件的拉延過(guò)程基于Dynaform軟件中的前處理進(jìn)行描述和概括，包括前置處理的主要網(wǎng)格劃分，參數(shù)設(shè)定，設(shè)置完成后提交求解器計(jì)算，進(jìn)入后置處理中進(jìn)行制件的拉延結(jié)果分析。其步驟如圖31所示：導(dǎo)入零件CAD模型（IGES，VAD，CATIA文件）零件網(wǎng)格劃分定義工模具零件前置處理定義板料求解器計(jì)算定義拉延筋/壓邊圈后置處理，分析計(jì)算結(jié)果設(shè)置成形參數(shù)圖 31拉延分析步驟啟動(dòng)Dynaform后，選擇菜單欄中“File/Import”命令，如圖32：并編輯零件層的名稱（如下圖33） 圖 32 圖 33 編輯零件層對(duì)話框 具體是：選擇菜單欄中Parts/Edit，可以出現(xiàn)Edit Part對(duì)話框，選擇“Name ID”后修改圖層名稱，接受編輯設(shè)定，點(diǎn)擊退出。板料網(wǎng)格化分（如下圖34—圖36） 圖34 劃分板料網(wǎng)格單元 圖35 板料大小網(wǎng)格選擇 圖 36 板料網(wǎng)格化分完畢如圖具體如下：選擇菜單欄中Tools/blank Generator，后選擇第一項(xiàng)(BOUNDARY LINE)，并在選擇線的方式對(duì)話框中選擇第四小項(xiàng)，并確認(rèn)所選的線。注意：在劃分單元網(wǎng)格之前要確保當(dāng)前正在工作的零件層是正確的blank（如下圖）。如果不是,可在隨后的列表中選擇blank. 圖 36 關(guān)閉零件“DIE”工具網(wǎng)格化分首先將右下角的Current Part中把DIE設(shè)為當(dāng)前工作層（具體見(jiàn)圖36），同板料設(shè)置，并同時(shí)將板料層關(guān)閉。（方法如） 圖37 關(guān)閉“blank”層劃分網(wǎng)格步驟：選擇菜單欄中“Preprocess/Element”，然后選擇“Surface Mesh”，設(shè)置成系統(tǒng)缺省值，選擇其中 “Select Surfaces”按鈕，在彈出的對(duì)話框中點(diǎn)擊“Display Surf”按鈕，在此時(shí)DIE將會(huì)出現(xiàn)高亮顯示。確認(rèn)后退回到“Element”。 圖 38 “ELement”對(duì)話框 圖 39 “Surface Mesh”對(duì)話框最終結(jié)果如下： 圖 310 完成網(wǎng)格化分的模型示意圖將網(wǎng)格劃分完畢后，要進(jìn)行零件的單元網(wǎng)格模型的檢查，主要進(jìn)行單元的邊界顯示與法向一致性。在工具欄中選擇“Part Turn On/Off”，并關(guān)閉“Blank”，然后打開(kāi)“DIE”，同時(shí)將零件“DIE”作為當(dāng)前零件層，然后再選擇菜單欄“Preprocess/Model Check /Repair”命令，彈出如下圖所示的“Model check/Repair”對(duì)話框。 圖311 正在進(jìn)行網(wǎng)格模型檢查選擇 “Auto Plate normal”，會(huì)彈出“CONTROL KEYS”對(duì)話框，然后選擇“CURSOR PICK PART”選項(xiàng)，點(diǎn)擊零件DIE凸緣面，會(huì)彈出“Dynaform Question”的對(duì)話框，觀察網(wǎng)格的法線方向，然后確定網(wǎng)格法線方向，確保使法線方向始終指向坯料與工具的接觸面方向，這樣就完成網(wǎng)格法線方向檢查。然后退出“CONTROL KEYS”的對(duì)話框，返回“Model check/Repair”界面。 圖312 對(duì)零件“DIE”進(jìn)行網(wǎng)格法線法向檢查在“Model check/Repair”的對(duì)話框中點(diǎn)擊“Boundary Display ”的按鈕，對(duì)零件進(jìn)行邊界的檢查，通常只允許除邊緣輪廓邊界成白亮色外，其余部位均保持不變。如果其他部位有白色亮顯示則說(shuō)明此處有缺陷，必須對(duì)其進(jìn)行修補(bǔ)或者重新進(jìn)行網(wǎng)格化分。邊界檢查完畢后點(diǎn)擊“Clear Highlight”，按鈕，將白亮色消除。（由于背景已經(jīng)設(shè)置成了白色，所以輪廓線采用為黑色。） 圖313 對(duì)零件“DIE”進(jìn)行輪廓邊界的檢查等距創(chuàng)建壓邊圈與凸模。首先創(chuàng)建存放binder和punch的零件層，選擇菜單欄中“Parts/Create”，在NAME欄中輸入“binder”和“punch”確認(rèn)。具體方法如下： 圖314 創(chuàng)建PUNCH的零件層然后將Current Part選擇PUNCH做為當(dāng)前的零件層。選擇等距生成PUNCH在菜單欄中選擇“Preprocess/Element”按鈕，接著 選擇“offset”按鈕，關(guān)閉“In Original Element”的復(fù)選框，使得新生成的單元放置在當(dāng)前零件層中，并確?！癙UNCH”零件層是當(dāng)前零件層，并保留原始的DIE零件層，然后設(shè)置“COPY NUMBER”數(shù)目為1，并且設(shè)置“Thickness”（），點(diǎn)擊“Select ELements”對(duì)話框，并選擇“Displayed”，然后使零件高亮顯示，選中“Spread”，按鈕并調(diào)整滑塊“Angel”的數(shù)值為1，隨后勾選復(fù)選框“Exclude”，點(diǎn)中DIE凸緣面，此時(shí)除了凸緣面外其余部分成白色高亮顯示，確認(rèn)后返回“Offset Elements”的對(duì)話框，選擇應(yīng)用退出。就完成了新零件“PUNCH”的創(chuàng)建。 圖315 選擇單元對(duì)話框 圖316 單元復(fù)制及其參數(shù)設(shè)置 圖317 創(chuàng)建零件“PUNCH”網(wǎng)格模型設(shè)置 圖318 創(chuàng)建的零件“PUNCH”分離出binder：首先打開(kāi)前面已經(jīng)創(chuàng)建好的零件層binder，點(diǎn)擊工具欄“Parts Turn on/off”的按鈕，并確保關(guān)閉“Blank”和“Punch”，兩個(gè)層，僅僅打開(kāi)DIE層。然后將新創(chuàng)建的BINDER層打開(kāi)，在菜單欄中選中“Preprocess/Element”的菜單項(xiàng)，點(diǎn)擊“offset”按鈕，點(diǎn)擊“Select ELements”的對(duì)話框，并點(diǎn)擊“Spread”按鈕，然后調(diào)整滑塊“Angel”的數(shù)值為1，勾選復(fù)選框中“Exclude”，同時(shí)點(diǎn)擊DIE凸緣面，此時(shí)出凸緣面外其余部分成白色的高亮顯示，然后應(yīng)用并返回“Offset Elements”對(duì)話框，選擇退出對(duì)話框，這樣就完成了新的零件“BINDER”創(chuàng)建。 圖319 添加零件對(duì)話框選擇Unspecified按鈕，并選擇零件層中binder，然后確認(rèn)所選中的單元移到binder中，關(guān)閉后退出轉(zhuǎn)移功能。選擇Parts/Separate按鈕，分別選擇PUNCH和BINDER，然后確認(rèn),兩零件層自動(dòng)分離。 圖320 分離BINDER對(duì)話框圖 320分離出的BINDER然后導(dǎo)出相應(yīng)網(wǎng)格模型。如下圖： 圖 321生成的工模具模型添加工序：首先選擇菜單中“Setup/AutoSetup”，會(huì)彈出“New simulation”選擇如下: 圖322 “New simulstion”對(duì)話框定義板料：可在sheet forming的設(shè)置頁(yè)面中，單擊forming Stage，然后對(duì)forming工序進(jìn)行定義?？牲c(diǎn)擊紅色Blank選項(xiàng)，隨后進(jìn)入Blank定義頁(yè)面如圖323所示。點(diǎn)擊紅色的Define geometry選項(xiàng)后進(jìn)入Define Geometry的對(duì)話框。在Define Geometry對(duì)話框中單擊Add Part選項(xiàng)…如圖324所示選擇BLANK Part為板料，最后退出后完成定義。圖323 “sheet forming”對(duì)話框 圖324 定義板料部件過(guò)程定義材料：選擇BLANKMAT按鈕，如圖346所示， 會(huì)彈出Material 的對(duì)話框選擇Material Library…按鈕，能彈出Material Library對(duì)話框圖 325 板料材料定義 圖 326 板料材料定義頁(yè)面 圖327材料庫(kù)定義頁(yè)面 圖328 材料DP600應(yīng)力應(yīng)變曲線定義工具：可在sheet forming的對(duì)話框中單擊選擇紅色的Tools按鈕，然后進(jìn)入工具的定義頁(yè)面?？蛇x中die工具中相對(duì)應(yīng)的Define Part…按鈕，隨后進(jìn)入Define Geometry對(duì)話框。然后在Define Geometry的對(duì)話框中單擊選擇Add Part…按鈕，選擇DIE Part做為其中凹模，如圖350所示，然后可退出完成定義。圖 329定義DIE的零件 重復(fù)前述操作，分別定義Punch和Binder工具。圖 330 定義完成部件定位工具位置：可單擊Positioning… 。先將Blank定位到Punch上，然后定位die和binder分別與Blank接觸。 圖331 定位對(duì)話框圖 332 設(shè)置“closing”對(duì)話框圖 333 設(shè)置“drawing”對(duì)話框在sheet forming的對(duì)話框中單擊Process選項(xiàng)并進(jìn)入工步設(shè)置界面。然后將closing采用為默認(rèn)設(shè)置。選中drawing把binder改為力控制，過(guò)程如圖355。默認(rèn)Control頁(yè)面的參數(shù)設(shè)置過(guò)程。在“Sheet Forming”的對(duì)話框中選擇菜單欄中“Preview /Animation”的對(duì)話框，然后調(diào)整滑塊“Frames/Second”的數(shù)值為10， 單擊選擇“Play”按鈕進(jìn)行動(dòng)畫的模擬演示。通過(guò)對(duì)動(dòng)畫的觀察，可以方便的判斷出工、模具運(yùn)動(dòng)的設(shè)置是否正確和合理。 按“Stop”結(jié)束動(dòng)畫，然后返回“Sheet Forming”的對(duì)話框。圖334 動(dòng)畫顯示控制對(duì)話框1. 在全部都設(shè)置完成后，單機(jī)選擇菜單欄中的JobJob Submitter…選項(xiàng) 。如圖356圖357所示2. 系統(tǒng)會(huì)彈出另存為對(duì)話框，輸入文件名并保存，隨后就可以提交計(jì)算。 圖 335 提交任務(wù)對(duì)話框圖 336 任務(wù)提交管理器界面圖 337提交任務(wù)后的計(jì)算顯示應(yīng)用eta/POST來(lái)進(jìn)行后置處理 eta/POST能夠讀取并處理d3plot的文件中所有的可用數(shù)據(jù)。除了包括沒(méi)有變形過(guò)的模型數(shù)據(jù)，d3plot文件還包括有所有的由LSDYNA所生成的結(jié)論文件（應(yīng)變，應(yīng)力，時(shí)間的歷史曲線和變形過(guò)程等）。讀入結(jié)論文件d3plot到eta/Post 并啟動(dòng)后處理圖 338后處理菜單圖 339板料拉延結(jié)果變形過(guò)程缺省的繪制狀態(tài)能繪制變形過(guò)程（Deformation）。在幀（Frames）的下拉菜單中，單擊選擇Select Cases的選項(xiàng)，就可以觀察其全部變形過(guò)程。 圖 340 選擇觀察類型對(duì)話框選擇，就可以觀察成形的過(guò)程中其毛坯厚度的變化過(guò)程。選擇，就可以觀察其零件的成形極限圖。選擇，就可以觀察其零件中性層中的主應(yīng)變。以下各圖依次為幾次主要的拉延模擬結(jié)果的成型極限圖、壁厚分布圖和主應(yīng)變圖。60噸壓邊力不加拉延筋成型極限圖60噸壓邊力不加拉延筋壁厚分布60噸壓邊力不加拉延筋主應(yīng)變圖80噸壓邊力加50%拉延筋成型極限圖80噸壓邊力加50%拉延筋厚度圖