【導讀】它是50年代首先在連續(xù)體力學領(lǐng)域--飛機結(jié)構(gòu)靜、動。于求解熱傳導、電磁場、流體力學等連續(xù)性問題。有限元法最初被稱。實用性和有效性而引起從事力學研究的科學家的濃厚興趣。豐富多彩、應(yīng)用廣泛并且實用高效的數(shù)值分析方法。設(shè)計制造，縮短產(chǎn)品更新周期。結(jié)構(gòu)的最佳工藝參數(shù)即最佳的凸、凹間隙，優(yōu)化模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計。次設(shè)計是在參閱了大量文獻并在張艷君導師的輔導下完成的。請各位老師批評指正，以便完善。本設(shè)計是采用有限元分析軟件ANSYS，對板材彎曲成形過程進行模擬仿真，根據(jù)理論間隙值范圍調(diào)整凸、凹模單邊間隙，分析回彈和應(yīng)力集中區(qū)。比較得到較理想的間隙值，從而達到優(yōu)化設(shè)計的效果。通過具體應(yīng)用實例分析，證明了這些方法應(yīng)用于板料彎曲成形分析的可行。性，而其變形規(guī)律具有一定的典型性。

　　

【正文】 大等 等，而并不需要完全知道其它一些不重要的數(shù)據(jù) ；另一方面，當計算機的處理速度一定時，模型越簡單，分析的速度就越快，精度也越高，而復(fù)雜的模型對計算機的硬件要求很高，而且會花費很多時間用在計算分析上，甚至在某些情況下是分析不出來的 ，因此盡量簡化模型是十分必要的。 本設(shè)計中 板料彎曲實體經(jīng)簡化后的模型圖如圖 51 所示： 壓料板板料凹模凸模 圖 51 簡化模型圖 經(jīng) 簡化以后，該 U形彎曲加工很像 L 形彎曲加工。其實，由于該 U形彎曲件底部的寬度很大（ 560mm），板料又很?。?），而且在彎曲時板料被壓料板壓緊在凸模上，因此把這種 U 形件的任一單邊的彎曲看成是 L 形彎曲也是對的。 考慮到板料拉伸成形過程具有材料、幾何以及接觸三重非線性，故建立 的是包括板料、凸模、凹模以及壓料板 在內(nèi)的整體分析模型，以 求更好地反映模具參數(shù)的影響，并應(yīng)用 ANSYS 軟件對成形過程進行模擬 [9,10]。 在 ANSYS 軟件 中 創(chuàng)建模型過程中 用具有大變形特征的 VISCO107 單元離散板料， CONTA174 單 元離散接觸面， SOLID45 單元離散模具和 TARGE170 單元離散目標面。假設(shè)板料為各向同性，且應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系按雙線性等強度變化。板料（ 08F鋼）性質(zhì)及部分工藝參數(shù)如下 [11]： 板料彈性模量 E＝ 203GPa 屈服強度 σ s＝ 195MPa 泊松比μ＝ 抗拉強度σ b＝ 330MPa 凸凹模單邊間隙 C= 板料厚度 t= 板料彎曲過程的簡化 工件（冰箱門面板）的彎曲變形過程可以分為自由彎曲和校形彎曲兩個階段： (1) 自由彎曲階段 主要只是指彎曲開始到校形彎曲前的這個階段，在這個階段中經(jīng)歷了彈性變形和塑性變形兩個過程；從變形時板料的彎曲角度來講，由于 U 形件彎曲的任一單邊的彎曲均是 90 度的彎曲變形，因此在彎曲角度未達到 90 度以前，均可以看成是自由彎曲階段；另外由于板料在彎曲時必定會產(chǎn)生回彈現(xiàn)象，因此在校形彎曲時彎曲角度必定大 于 90 度，這樣才能加工出合格的產(chǎn)品來。這樣把在前 90度的變形階段看成自由彎曲階段更加合理了。 (2) 校形彎曲 階段 校形彎曲就是凸凹模對板材進行精確的校形彎曲加工。在這一階段板料受到凸凹模的強烈的沖壓加工作用，使得板料的彈性變形受到很大的牽制，并使之變?yōu)樗苄宰冃?，因此這種彎曲能夠得到比較精確的工件形狀。但正因為校形彎曲加工是凸凹模對面板的強烈沖壓加工作用，其沖壓速度、凸凹模強度、凸凹模表面硬度和表面光潔度、沖壓力、作用時間等十分重要因素都是未知量，因此要模擬校形彎曲時的加工十分困難的，另外，在校形彎曲時，板 料的回彈量相對自由彎曲時的回彈量來講很小。所以，沒有必要對校形彎曲階段進行有限元分析。 本章小結(jié) 本章主要對實體模型和 板料彎曲過程進行了簡化，并 分析了簡化后的模型，以便于下一步的操作。 6 彎曲工藝的 ANSYS 分析 ANSYS 前處理操作 （ 1） 選擇分析類型 選擇菜單路徑 Main Menu→ Preferences，打開 Preferences for GUI Filtering 設(shè)定對話框，選擇 Structural 選項，將分析模塊賦值為結(jié)構(gòu)分析。 （ 2） 定義單元類型 ① 選擇菜單路徑 Main Menu → Preprocessor → Element Type →All/Edit/Delete，出現(xiàn) Element Types 對話框； ② 單擊 Add，出現(xiàn) Library of Element Type（單元類型庫）對話框； ③ 在左邊的列表中，單擊 Visio Solid 一次； ④ 在右邊的列表中，單擊 8node plas107 一次； ⑤ 單擊 Apply。再在左邊的列表中，單擊 Structural Solid 一次； ⑥ 在右邊的列表中，單擊 Brick 8node 45 一次； ⑦ 單擊 OK， Library of Element Type 對話框關(guān)閉； ⑧ 單擊 Element Types 對話框中的 Close。 （ 3） 定義材料 屬性 ① 選擇菜單路徑 Main Menu→ Preprocessor→ Material Props→ Material Models，打開 Define Material Model Behavior 材料屬性對話框； ② 在 Material Models Available 窗口中選擇下面的路徑： Structural→Linear→ Elastic→ Isotropic，打開 Linear Isotropic Properties for Material Number 1 對話框； ③ 在楊氏模量 EX一欄中輸入 203e11；在泊松比 PRXY 一欄中輸入 ； ④ 單擊 OK 關(guān)閉窗口， Material Model Number 1 出現(xiàn)在 Material Models Defined 的窗口中。 ⑤ 在 Material Models Available 窗口中選擇下面的路徑： Structural→Linear→ Nolinear→ Rate independent→ Isotropic Hardening Plasticity→Mises plasticity， 就可 打開 Linear Isotropic Properties for Material Number 1對 話框； ⑥ 在 YLD Strs 一欄中輸入屈服應(yīng)力 值 195e6；在 Tang Mod 一欄中輸入抗拉剛度 值 330e6； ⑦ 單擊 Bilinear Isotropic Hardening forMaterial Number 1 對話框中的Graph,窗口可顯示 BISO 表的繪圖信息 ，如圖 61所示。 圖 61 BISO 數(shù)據(jù)圖 （ 4） 創(chuàng)建幾何圖形 在這一步操作中，將按順序 創(chuàng)建板料 、 凸模 、 凹模 、 壓料板的幾何圖形，現(xiàn)以創(chuàng)建板料 的幾何圖形為例， 凸模 、 凹模 、 壓料板可以仿照創(chuàng)建板料的方法創(chuàng)建，對凸模、凹模、壓料板 的幾何圖形的創(chuàng)建就不做詳細的說明。 ① 選 擇 菜 單 路 徑 Main Menu → Preprocessor → ModelingCreate →Keypoints→ In Active CS，彈出 Creat Keypoints In Active Coordinate System對話框； ② 在 NPT 一欄后輸入關(guān)鍵點序號 1；在 x,y,z location in active CS 后分別輸入 x=,y=； 單擊 Apply， 則 坐標為（ ,）的關(guān)鍵點 1 創(chuàng)建成功。 可仿照 關(guān)鍵點 1 的創(chuàng)建方法依次 創(chuàng)建以下各點： 2（ ,0）、 3(0,0) 4(,) 、 5(,) 、 6(,) 、7(,) 、 8(,) 、 9(,) 、10(,) 、 11(,) 、 12(,) 、13(,) 、 14（ ,） 、 15(,0)，最后單擊 對話框中的 OK,關(guān)閉窗口。 ③ 選擇菜單路徑 Main Menu→ Preprocessor→ ModelingCreate→ Lines→Straght line,彈出 Creat straight line 對話框； 選擇關(guān)鍵點 1 和 2，創(chuàng)建直線 L1；再 選擇 點 2 與 4,創(chuàng)建直線 L2； ④ 選擇菜單路徑 Main Menu→ Preprocessor→ ModelingCreate→ Lines→Splines→ Spline thru KPs, 彈出 Bspline 對話框； ⑤ 依次選擇關(guān)鍵點 1 1 1 1 15，創(chuàng) 建弧線 L3； 再 選擇菜單路徑 Main Menu→ Preprocessor→ ModelingCreate→ Copy→ lines,彈出 Copy Lines 對話框 ，選擇弧線 L3，單擊 OK，又彈出一對話框，輸入 y=,創(chuàng)建弧線 L4； ⑥ 打開 Creat straight line 對話框， 分別選擇點 1和 16， 15和 28創(chuàng)建直線 L5 和 L6。 ⑦ 選 擇 菜 單 路 徑 Main Menu → Preprocessor → ModelingCreate →AreasArbitrary→ By lines，選 擇 L L L L4 、 L L6，然后單擊 Create Area by Lines 對話框中的 OK，創(chuàng)建的面 A1出現(xiàn) 在 ANSYS 圖形窗口中 ； ⑧ 選擇菜單路徑 Main Menu→ Preprocessor→ ModelingOperate→ Extrude→ Areas→ By XYZ Offset,選擇面 A1，然后單擊 Extrude Area by Offset 對話框中的 OK，再在 又彈出的對話框中輸入 z=, 單擊該對話框中的 OK，則板料的三維圖形便創(chuàng)建好了。 最后創(chuàng)建完所有圖形后的整體形狀如圖 62所示。 圖 62 整體模型圖 （ 5） 劃分單元網(wǎng)格 ① 選擇菜單路徑 Main Menu → Preprocessor→ Meshing → Mesh Attribute→ DefaultAttribut,彈出 Mesh Attribute 對話框 ,在 Element Type Number 欄中選擇 1 VISCO107,然后單擊對話框中的 OK。 ② 選擇菜單路徑 Main Menu→ Preprocessor→ MeshingSize Cntrls→ManualSize— GlobalSize，彈出 Global Element Sizes對 話框，在 Element edge length 一欄中輸入 ，然后單擊對話框中的 OK。 ③ 選擇菜單路徑 Main Menu→ Preprocessor→ MeshTool。選擇 Hex和 Mapped，然后單擊 Mesh，在拾取菜單出現(xiàn)后，選擇板料 ，然后單擊 OK； ④ 選擇菜單路徑 Main Menu → Preprocessor→ Meshing → Mesh Attribute→ DefaultAttribut,彈出 Mesh Attribute 對話框 ,在 Element Type Number 欄中選擇 2 SOLID45,然后單擊對話框中的 OK。 ⑤ 選擇菜單路徑 Main Menu→ Preprocessor→ MeshingSize Cntrls→ManualSize— GlobalSize，彈出 Global Element Sizes對話框，在 Element edge length 一欄中輸入 ，然后單擊對話框中的 OK。 ⑥ 選擇菜單路徑 Main Menu→ Preprocessor→ MeshTool。選擇 Hex和 Mapped，然后單擊 Mesh，在拾取菜單出現(xiàn)后，選擇凸模 、 凹模和壓料板 ，然后單擊 OK； 整個模型劃分網(wǎng)格后的圖形如圖 63 所示。 圖 63. 劃 分網(wǎng)格圖 （ 6）創(chuàng)建接觸對 ① 選擇菜單路徑 Main Menu→ Preprocessor→ ModelingCreate→ Contact Pair→ Contact Wizard，彈出 Add Contact Pair 添加接觸對 對話框，在 Target Surface 選項欄中選擇 Areas，然后單擊 Pick Target 按鈕； ② 選擇凹模的 下表面、右側(cè)面、右側(cè)圓角面后， 單擊選擇對話框中的 OK，返回到對話框 Add Contact Pair，然后單擊 Next，在 Contact Surface 選項欄中選擇 Areas，然后單擊 Pick Contact 按鈕； ③ 選擇板料的上表面后，單擊選擇對話框中的 OK，返回到對話框 Add Contact Pair，然后單擊 Next， 進入創(chuàng)建接觸對的 對話框； ④ 為了保證面板的表面光滑度不被破壞，摩擦系數(shù)（ Coefficient of Frinish）以及接觸對的其他參數(shù)按默認值確定。單擊 Creat 按鈕后在彈出的Finish 對話框中再單擊 Finish，完成第一對接觸對的創(chuàng)建。 用同樣的方法 可創(chuàng)建另外兩個接觸對。三個接觸 如圖 64所示。 圖 64 接觸對 a) 凸模與板料的接觸對 b) 凹模與板料的接觸對 c) 壓料板與面板的接觸對 求解操作 （ 1）施加約束 ① 選 擇 菜 單 路 徑 Main Menu → Solution → LoadsApply →StructuralDisplacement→ Symmetry Areas，選擇凹模的前表面，然后單擊選擇對話框中的 OK，完成對稱約束的施加； ② 選 擇 菜 單 路 徑 Main Menu → Solu