塑性工程學報：管材軸壓脹形仿真精度研究
2022-02-14【作 者】阮鐘;楊連發(fā);陳占斌
【引 言】管材液壓成形技術是一種生產截面形狀復雜的中空薄壁整體構件的先進成形技術，該技術因滿足輕量化要求，已經逐漸被應用于汽車零部件的制造，為了優(yōu)化工藝參數，降低生產成本，解決實際工程中通過試驗和理論分析難以解決的問題，需要運用有限元仿真技術，而為了更好地輔助實際生產和研究，需要獲得更高的仿真精度，為此，有必要針對關鍵技術進行研究。
在有限元仿真過程中，影響仿真精度的因素有很多，如仿真模型的類型、材料本構關系、邊界條件以及網格單元的形狀和尺寸等。目前，一些學者主要從仿真模型的構建方法，材料屬性和網格尺寸等方面進行了相關研究，鄧能等通過FiberSim和Hypernesh對碳纖維車身進行了聯(lián)合建模，并對模型的剛度和模態(tài)與實車進行了全面定標，使仿真精度達到了80%，毛慧英等建立了有無蒙皮的客車仿真模型，對與貨車碰撞進行了仿真，分析了結構變形量和最大變形量、碰撞加速度以及能量吸收變化情況，發(fā)現蒙皮作用明顯。在構建模型時，為保證仿真精度，不能忽略蒙皮的影響。
【結 論】
（1）當質量縮放系數為1×106時，在6種仿真模型中，三維-變形體軸壓頭模型平均誤差最低，為6.64%，仿真精度最高；同類型模型中，無軸壓頭模型的脹形高度最高，遠高于試驗下的脹形輪廓，變形體軸壓頭模型的脹形輪廓高于剛體軸壓頭模型的脹形輪廓；誤差較大的位置主要集中在脹形區(qū)的兩端，且軸壓施加端誤差最大：在中部脹形區(qū)誤差較小，整體與試驗更為吻合。
（2）在軸對稱-變形體軸壓頭模型下，隨著質量縮放系數的降低，仿真的賬形高度降低，平均誤差降低，仿真精度提高，當質量縮放系數為1×104時，平均誤差最低，為5.39%，并且軸向各個位置的相對誤差基本小于10%；在任何一個質量縮放系數下，相對誤差最大的位置主要集中在軸壓施加端；當質量縮放系數小于1×107時，在中部脹形區(qū)相對誤差在±10%以內，仿真精度較高。
（3）當質量縮放系數為1×104，模型為軸對稱-變形體軸壓頭時，隨著管材端部自由度約束數目增加，管材的脹形高度逐漸增大，平均誤差增大，精度降低，并且相對誤差最大的位置由管材的兩端逐漸過渡到脹形區(qū)中間，當管材端部為自由約束時，即與試驗環(huán)境相似時，平均誤差最小，為5.39%，精度最高。
（4）在單元形狀分別為四邊形、三角形的仿真中，四邊形單元下的脹形輪廓與試驗下輪廓更吻合，平均誤差最低，軸向不同位置的相對誤差更為穩(wěn)定。在采用軸對稱模型對管材的軸壓脹形仿真時，選擇四邊形網格更為合適。
（5）在四邊形單元下，隨著單元尺寸的降低，平均誤差為無規(guī)律性降低，相對誤差最大的位置主要集中在脹形區(qū)的兩端；當單元尺寸最小為0.15mm時，脹形輪廓遠低于試驗輪廓，平均誤差最大：當單元尺寸為0.45mm時，平均誤差最低，且脹形輪廓與試驗極為吻合：因此，在仿真中要結合試驗選擇合適的單元尺寸。
