塑性工程學(xué)報(bào)：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(shù)是一種生產(chǎn)截面形狀復(fù)雜的中空薄壁整體構(gòu)件的先進(jìn)成形技術(shù)，該技術(shù)因滿足輕量化要求，已經(jīng)逐漸被應(yīng)用于汽車零部件的制造，為了優(yōu)化工藝參數(shù)，降低生產(chǎn)成本，解決實(shí)際工程中通過試驗(yàn)和理論分析難以解決的問題，需要運(yùn)用有限元仿真技術(shù)，而為了更好地輔助實(shí)際生產(chǎn)和研究，需要獲得更高的仿真精度，為此，有必要針對關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)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(gòu)關(guān)系、邊界條件以及網(wǎng)格單元的形狀和尺寸等。目前，一些學(xué)者主要從仿真模型的構(gòu)建方法，材料屬性和網(wǎng)格尺寸等方面進(jìn)行了相關(guān)研究，鄧能等通過FiberSim和Hypernesh對碳纖維車身進(jìn)行了聯(lián)合建模，并對模型的剛度和模態(tài)與實(shí)車進(jìn)行了全面定標(biāo)，使仿真精度達(dá)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(jìn)行了仿真，分析了結(jié)構(gòu)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(xiàn)蒙皮作用明顯。在構(gòu)建模型時(shí)，為保證仿真精度，不能忽略蒙皮的影響。
【結(jié) 論】
（1）當(dāng)質(zhì)量縮放系數(shù)為1×106時(shí)，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(yuǎn)高于試驗(yàn)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(yàn)更為吻合。
（2）在軸對稱-變形體軸壓頭模型下，隨著質(zhì)量縮放系數(shù)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(dāng)質(zhì)量縮放系數(shù)為1×104時(shí)，平均誤差最低，為5.39%，并且軸向各個(gè)位置的相對誤差基本小于10%；在任何一個(gè)質(zhì)量縮放系數(shù)下，相對誤差最大的位置主要集中在軸壓施加端；當(dāng)質(zhì)量縮放系數(shù)小于1×107時(shí)，在中部脹形區(qū)相對誤差在±10%以內(nèi)，仿真精度較高。
（3）當(dāng)質(zhì)量縮放系數(shù)為1×104，模型為軸對稱-變形體軸壓頭時(shí)，隨著管材端部自由度約束數(shù)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(dāng)管材端部為自由約束時(shí)，即與試驗(yàn)環(huán)境相似時(shí)，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(yàn)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(shí)，選擇四邊形網(wǎng)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(dāng)單元尺寸最小為0.15mm時(shí)，脹形輪廓遠(yuǎn)低于試驗(yàn)輪廓，平均誤差最大：當(dāng)單元尺寸為0.45mm時(shí)，平均誤差最低，且脹形輪廓與試驗(yàn)極為吻合：因此，在仿真中要結(jié)合試驗(yàn)選擇合適的單元尺寸。
