工字钢成形过程模拟

在轧制工字钢、槽钢等带凸缘的异型断面型钢时,传统上最多的加工方法多采用二辊孔型、直轧孔型、弯腰式孔型、弯腰大斜度式孔型以及蝶式孔型等孔型系统,辅助Abaqus软件进行有限元仿真分析,可以对孔型横断面上各处变形进行精确模拟,能够有效解决轧辊、动力消耗大,产品尺寸精度、轧制效率等问题。

“L”型钢材轧制过程

轧制过程中,轧件在变形区内的轧制压力分布是影响轧制力及轧辊各部位磨损程度的主要因素。目前关于轧制压力的研究比较多,已经有许多经典的公式对其进行了描述,关于L型钢轧制压力分布规律方面的研究还需进一步完善。Abaqus显示动力学有限元模拟的方法,对在不同变形参数条件下的轧制过程进行实时数值模拟,得出了轧件表面的轧制压力分布规律,表面关键点的位移、应力、应变、温度值,而且可以得到整个轧件的变形和温度场等更全面的信息,从而使新产品开发和现有工艺的改进建立在更科学、更可靠得基础上,对现场生产提供必要的借鉴信息。

此外,Abaqus有限元模拟还可应用在:金属挤压、拉拔过程分析、板带热轧过程变形分析、型钢冷轧、热轧过程(包括粗轧、精轧)变形分析、中厚板控制冷却、棒线材控制冷却、钢轨在线淬火工艺中温度场分析等。
         

飞剪过程

先进制造技术的不断发展,在冷热加工之间,加工、检测、物流、装配过程之间,设计、材料应用、加工制造之间,其界限均逐渐淡化,逐步走向一体化。飞剪作为钢材轧制过程中必要的环节,其分析的精确性直接影响到后续的工艺流程。Abaqus良好的处理非线性问题的性能可以为该流程中每一道环节提供技术保障。

厚板材辊压成形过程的模拟
 

 

局部单元和节点的变形信息

弯管成形过程的模拟

在航空、航天、汽车结构中大量存在着各种管道零部件,可能涉及到不锈钢、特种钢、合金、橡胶、复合材料、高分子材料等一种或多种材料并存,力学性能从简单线弹性到极端复杂的各向异性。一些特殊用途的管道可能还具有连续屈服特征,无明显的屈服平台,延伸率非常大,明显的各向异性,横向拉伸的屈服强度、抗拉强度及弹性模量均比纵向拉伸的高等特性。往往,结构的截面形状和尺寸对抗拉强度也有一定的影响,而对屈服强度影响不大,同时,由于材料内部的缺陷引起的沿厚度方向强度降低和横向拉应力的作用,断裂时在结构特定区域出现分层开裂等。在实际分析中,往往需要作适当简化,但这种数字化的模拟却是现代工业生产必不可少的步骤之一。此外,管道分析还包括天然气管道,城市给排水管道等实际应用。

圆锥管成形

据估计,切削加工约占机械制造工作量的30%~40%,全世界每年约有1亿吨钢料通过刀具切削而成为切屑,全世界每年切削加工耗资约2500 亿美元。对产品的加工过程进行模拟与仿真,预测产品的加工质量、制造周期、使用性能等,以便及时修改设计,缩短产品的研制周期,获得最佳产品质量、最低生产成本和最短开发周期。

钣金成形过程的模拟

冲压成形的模拟

冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力,使之产生塑性变形或分离,从而获得目标形状和尺寸的工件(冲压件)的成形加工方法。全世界的钢材中,有60~70%是板材,其中大部分是冲压工艺成形。汽车的车身、底盘、油箱、散热器片,锅炉的汽包、容器的壳体、电机、电器的铁芯硅钢片等都是冲压加工的。仪器仪表、家用电器、自行车、办公机械、生活器皿等产品中,也有大量冲压件。

液压成形的模拟

自1990年代起管件液压成形 (Tube Hydroforming) 或称管件内高压成形(Internal High Pressure Forming) 技术受到工业界及学术界极大瞩目而蓬勃发展,目前已成为国际间汽车产业主流制造技术之一,包括:德国双B、VW、AUDI、OPEL,美国GM、FORD、CHRYSLER,日本TOYOTA、HONDA、NISSAN、SUBARU、MAZDA、MITSUBISHI,韩国KIA、Hyundai等均已投入生产或试量产,主要应用为底盘件、车身结构件与排气系统零组件,在其它产业应用亦不断扩大中,前景十分广阔。

起皱模拟

由于塑性成形工艺影响因素甚多,有些因素如摩擦与润滑、变形过程中材料的本构关系等机理尚未被人们完全认识和掌握,因而到目前为止还未能对各种材料各种形状的制件成形过程作出准确的定量判定。正因为大变形机理非常复杂,使得塑性成形研究领域一直成为一个充满挑战和机遇的领域。Abaqus拥有丰富的材料本构模型和单元类型,在处理高度非线性问题方面性能卓越,一直为广大工业和研究客户所信赖。图示为某航空油箱成形过程中起皱现象的仿真模拟。

掉底模拟

在传统工艺分析和模具设计中,主要依靠工程类比和设计经验,经过反复试模修模,调整工艺参数以期望消除成形过程中的产品缺陷如局部破裂等,仅仅依靠类比和传统的经验工艺分析和模具设计方法已无法满足高速发展的现代金属加工工业的要求。因此,现代金属成形工艺分析过程中,建立适当的“过程模拟”非常重要。掌握诸如摩擦条件、材料性能、工件几何形状、成形力等工艺参数对成形过程的影响,设计工程师可以正确地设计模具和选择加工设备,并预测和防止缺陷的生成。

超塑性材料的深冲压成形模拟

目前几乎所有的金属材料,如锌、铝、铜、铅、锡、镍、钛、镁、钨、锆等有色金属及碳钢、合金钢、不锈钢等钢铁材料中都发现有超塑现象,很多材料都在生产中获得了应用。如电子、仪表、纺织、机械、汽车、航空航天及工艺制品等行业中获得了应用,尤其在航空上用得更多,美国在战斗机、轰炸机上广泛使用超塑成形的铝合金、钛合金零件,在B-1B重型轰炸机上用量达11,550磅,为其铝、钛结构件重量的15%。
Abaqus 提供了多种本构模型适用于对各种超塑性材料的研究。

多次成形过程的模拟

随着模拟中的一些关键技术的进一步发展及计算机硬件水平的提高,数值模拟在加工成形中的应用越来越接近真实流程,模拟工作逐步从模拟简单零件转向模拟复杂零件,从模拟单工步成形转向模拟多工步成形,从单纯的金属流动模拟转向温度场等多方面的复合模拟。Abaqus的分析步正好体现了这样的概念-模拟真实的世界。

点焊、线焊过程的模拟

焊接技术发展至今,已经广泛应用在航空航天、汽车、船舶、电子等行业。Abaqus具有强大的热固耦合分析功能,包括:稳态热传导和瞬态热传导分析,顺序耦合热固分析,完全耦合热固分析,强制对流和辐射分析,热界面接触,摩擦生热等等。可以定义从简单弹塑性模型到随温度变化材料常数的热塑性、热硬化性、高温蠕变等复杂材料模型,来模拟金属、聚合物、复合材料等电子材料的热学和力学性质。

复杂结构的技术处理

技术突破:采用实体壳单元模拟复杂的壳结构,比传统壳单元更精确。

退火过程的模拟

型钢轧制退火过程是一个非常复杂的弹塑性大变形过程, 既有材料非线性、几何非线性, 又有边界接触条件非线性变化, 因此其变形机理非常复杂, 难以用准确的数学关系式来描述。Abaqus软件提供了复杂的非线性分析程序,且拥有功能强大的子程序接口。因此无论是从计算收敛性、精确程度的角度,还是从方便程度的角度,均有较高的优选价值。

锻造过程模拟

Abaqus提供了强大的处理非线性的功能。可以模拟锻造成形过程中的局部大位移、大转动,以及复杂的接触算法(包括刚体-刚体,刚体-变形体,变形体-变形体,其中刚体表面还可以是解析刚体面),并可以实时计算相应的模具反力。