第一篇：Autoform 有限元分析基础理论

2016-11-15  by:CAE仿真在线  来源:互联网

交代一些基本事情。1.有限元理论,本人也是公式不看,只看结果的,所以将就着看(有错误也可提出),写出来是因为要做分析吧,基本概念总要有的。
2.使用软件AUTOFORM。主参考理论,AF THEROY,AF HELP,ASP(美国汽车钢铁联盟)的高强板论文。
3.写的目的,主要是看现在好多人用AF用的惨不忍睹,基本就会看个成形性FLC图和变薄率。软件基本操作都会用,有些还用得不错,但是对于应力应变,弯矩,以及变形机理,回弹机理等根本不管。
我们要说的是板件的有限元分析,板件成形基本属于平面应力状态。很多人不理解,问我,你看比如压边圈,几十吨的压边力压上去了,为什么说厚向应力接近0呢,不理解。在AF中模拟里,我们在不知初始压边力话,我们会选择用压力来,对于板件,一般初始值选3MPA,这个概念是什么呢,说白了这个值就是接近厚向应力(当然二个有差别,一个是宏观的力,一个是微观应力),而板料的其它平面方向应力,动辄是150-400MPA左右的。所以相对3MPA的厚向应力,够小了吧,这还是在压边圈上厚向应力大点,在单面接触区更是小得可怜了,所以说我们把板料成形看作平面应力状态。
我们看下模拟过程中板料的主应力和次应力 ,因为厚向应力不重要,所以AF里也没有这个值给出,我们参考下压边力吧 ,我选的这个件是个车门外板有压边力,有300T,很大的一个压边力了,一般件是没这么大的。对比以上三图我们可以看出,厚度方向应力,我们可以忽略。
说清了平面应力,接着我们说,板料拉伸过程中对板料起作用力,板料拉伸过程实际是在外力作用下,产生应力,应力产生应变,而由于进料速度不同,则会使外力方向与主应力方向不同,于是产力剪应力。比如我们板料的压边圈上的应力状态就是拉压的平面应力状态,再加上剪应力的综合作用下开始变形的。
然后说下应力与主次应力差别,主应力的概念在现面应力中总存在这样一个截面,二个主应力不为0,剪切力为0.反过来说就是主应力的方向,剪应力是为0的。这个主应力对应AF里的 ,常规翻译就是最大应力和最小应力,用AF的人经常叫法是把最大应力叫做主应力,最小应力叫做次应力,其实这二个都是主应力,我们要明白MAJOR STRESS 和MINOR STRESS指和就是主应力就是了(剪应力为0)。
应力则是通称,指任意截面内的应力,我们看下图关于应力与主应力关系。 ,我们需要明白的一点就是假如主应力方向与你所需要观察的截面方向不一致,那说明截面上就存在剪应力了。之所以一直强调剪应力是因为,在板料成形过程中,剪应力是参与作用的,并且剪应力对于塑性材料的屈服和板料的扭曲(TWIST)是起主要作用的。对于我们来说经常要观察的截面是位于与板料流动方向垂直的截面。我们需要观察AF里主应力方向与材料流向是否相同,用以判断该处区域是否存在剪应力作用。剪应力的产生是由于材料流动速度不一,致使应力方向改变产生的。比如在高强板的扭曲和外板件的面畸变里,剪应力也是起作用的因素之一。对于剪应力,AF给出了三个评判值 。平面剪应力,横向剪应力(XZ向和YZ向)。这三个应力是新版本给出的,估计是AF对回弹TWIST和面畸变开始关注了。但是具体含义和数值还有待理解。
实际上,我们对板料模拟的基本假设是平面应力状态,即不考虑单元厚向的应力应变因素。对于AF,早期用的膜单元,只考虑了平面内的拉伸,压缩,剪切变形。因为膜单元是没有厚度的,所以,早期膜单元也无法考虑,内外表面应力不一致产生的弯矩 ,该单元是基于三角网格相邻处曲率保持连续这一概念,来进行弯矩计算,并不是实际上对单元的内外表面进行应力计算而产生的弯矩。
在大曲率拉伸,变薄拉伸的情况下,实际上是要求考虑单元的厚向应力应变等因素的,而膜单元对此是无法做到的(所以AF不建议我们模拟时圆角R2以下就是基于厚向因素无法考虑原因,AF膜单元对于板料较理想的模拟厚度是0.7-1.0mm),所以AF引进了 ,该单元可以考虑板料的厚向因素,从而加强对于回弹,变薄等的计算精度。
有一点要交代的是,单元厚向的应力应变,是只能在壳单元(EPS)里计算的,所以我们假如用膜单元进行拉延模拟话是无法得到这些数据的。如图:

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