基于快速有限元分析的冲压件毛料展开 (2006年)

研究了一步法有限元分析技术，开发了冲压件毛料展开软件系统。建立三堆冲压件网格和二雏毛料网格之间发生塑性变形的平衡方程，求得毛料网格的修正值，得到的收敛值为冲压件的三堆模型展开得到的平面形状。在刚度矩阵中引入阻尼矩阵改善矩阵的病态性，采用Newton下降法扩大算法的收敛范围。提高了非线性方程组的收敛性和算法的网格处理能力。实例表明该方法能较快较准确地求得冲压件的最优毛坯形状。在板料冲压成形领域具有良好的实用性。 ### 基于快速有限元分析的冲压件毛料展开 #### 摘要与研究背景 在冲压加工领域，冲压件毛料展开技术一直是研究热点之一。毛料展开的质量直接影响到后续冲压成型的效果，因此精确计算毛料的形状至关重要。然而，由于成形件的几何形状复杂、材料特性各异以及成形过程中的不确定性，精确计算毛料展开十分困难。传统的查表法、拼合的经验图解法等虽然简单易行，但适用范围有限，且难以确保精度。 近年来，随着计算机技术和有限元理论的发展，有限元方法被广泛应用到板料成形分析中，成为解决这一问题的有效手段。基于有限元技术的毛料展开方法，如试错修改法和反向跟踪法等，虽然提高了计算精度，但由于计算过程复杂且耗时较长，限制了其应用范围。 #### 一步法有限元分析技术 本研究提出了一种一步法有限元分析技术，旨在简化计算过程并提高计算速度，同时保持较高的计算精度。一步法只关注变形过程中的初始状态和最终状态，避免了传统增量法中复杂的接触搜索判断，大大简化了计算流程。具体来说，本方法包括以下几个关键技术点： 1. **平衡方程的建立**：通过建立三堆冲压件网格（三维模型）和二雏毛料网格（二维模型）之间的塑性变形平衡方程，来求解毛料网格的修正值。这一过程使得毛料网格能够更准确地反映冲压件的最终形状。 2. **刚度矩阵的优化**：为了改善矩阵的病态性，即提高计算稳定性，研究中引入了阻尼矩阵。这种改进不仅增强了算法的收敛性，还提高了非线性方程组的求解效率。 3. **Newton下降法的应用**：为了进一步扩大算法的收敛范围，采用了Newton下降法。这种方法可以有效地处理复杂的非线性问题，从而提高算法的网格处理能力和整体性能。 #### 实例验证与结论 通过对实际案例的研究和分析，验证了该方法能够较快、较准确地求得冲压件的最优毛坯形状。实验结果表明，基于一步法有限元分析技术的冲压件毛料展开方法具有以下优势： - **计算效率高**：一步法避免了传统方法中复杂的中间步骤，大幅减少了计算时间和资源消耗。 - **计算精度高**：通过精确建模和优化算法，能够获得与实际情况高度吻合的毛坯形状，提高了冲压件的一次合格率。 - **实用性好**：该方法适用于不同形状和尺寸的冲压件，且操作简便，易于集成到现有的生产流程中。 基于一步法有限元分析技术的冲压件毛料展开方法是一种高效、精准的解决方案，对于提高板料冲压成形领域的生产效率和产品质量具有重要意义。未来，随着计算机硬件性能的不断提升和有限元理论的进一步完善，这种方法有望在工业界得到更广泛的应用。