第一篇：Autoform 有限元分析基礎(chǔ)理論

2016-11-15  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

交代一些基本事情。1.有限元理論,本人也是公式不看,只看結(jié)果的,所以將就著看(有錯(cuò)誤也可提出),寫出來是因?yàn)橐龇治霭?基本概念總要有的。
2.使用軟件AUTOFORM。主參考理論,AF THEROY,AF HELP,ASP(美國汽車鋼鐵聯(lián)盟)的高強(qiáng)板論文。
3.寫的目的,主要是看現(xiàn)在好多人用AF用的慘不忍睹,基本就會(huì)看個(gè)成形性FLC圖和變薄率。軟件基本操作都會(huì)用,有些還用得不錯(cuò),但是對(duì)于應(yīng)力應(yīng)變,彎矩,以及變形機(jī)理,回彈機(jī)理等根本不管。
我們要說的是板件的有限元分析,板件成形基本屬于平面應(yīng)力狀態(tài)。很多人不理解,問我,你看比如壓邊圈,幾十噸的壓邊力壓上去了,為什么說厚向應(yīng)力接近0呢,不理解。在AF中模擬里,我們在不知初始?jí)哼吜υ?我們會(huì)選擇用壓力來,對(duì)于板件,一般初始值選3MPA,這個(gè)概念是什么呢,說白了這個(gè)值就是接近厚向應(yīng)力(當(dāng)然二個(gè)有差別,一個(gè)是宏觀的力,一個(gè)是微觀應(yīng)力),而板料的其它平面方向應(yīng)力,動(dòng)輒是150-400MPA左右的。所以相對(duì)3MPA的厚向應(yīng)力,夠小了吧,這還是在壓邊圈上厚向應(yīng)力大點(diǎn),在單面接觸區(qū)更是小得可憐了,所以說我們把板料成形看作平面應(yīng)力狀態(tài)。
我們看下模擬過程中板料的主應(yīng)力和次應(yīng)力 ,因?yàn)楹裣驊?yīng)力不重要,所以AF里也沒有這個(gè)值給出,我們參考下壓邊力吧 ,我選的這個(gè)件是個(gè)車門外板有壓邊力,有300T,很大的一個(gè)壓邊力了,一般件是沒這么大的。對(duì)比以上三圖我們可以看出,厚度方向應(yīng)力,我們可以忽略。
說清了平面應(yīng)力,接著我們說,板料拉伸過程中對(duì)板料起作用力,板料拉伸過程實(shí)際是在外力作用下,產(chǎn)生應(yīng)力,應(yīng)力產(chǎn)生應(yīng)變,而由于進(jìn)料速度不同,則會(huì)使外力方向與主應(yīng)力方向不同,于是產(chǎn)力剪應(yīng)力。比如我們板料的壓邊圈上的應(yīng)力狀態(tài)就是拉壓的平面應(yīng)力狀態(tài),再加上剪應(yīng)力的綜合作用下開始變形的。
然后說下應(yīng)力與主次應(yīng)力差別,主應(yīng)力的概念在現(xiàn)面應(yīng)力中總存在這樣一個(gè)截面,二個(gè)主應(yīng)力不為0,剪切力為0.反過來說就是主應(yīng)力的方向,剪應(yīng)力是為0的。這個(gè)主應(yīng)力對(duì)應(yīng)AF里的 ,常規(guī)翻譯就是最大應(yīng)力和最小應(yīng)力,用AF的人經(jīng)常叫法是把最大應(yīng)力叫做主應(yīng)力,最小應(yīng)力叫做次應(yīng)力,其實(shí)這二個(gè)都是主應(yīng)力,我們要明白MAJOR STRESS 和MINOR STRESS指和就是主應(yīng)力就是了(剪應(yīng)力為0)。
應(yīng)力則是通稱,指任意截面內(nèi)的應(yīng)力,我們看下圖關(guān)于應(yīng)力與主應(yīng)力關(guān)系。 ,我們需要明白的一點(diǎn)就是假如主應(yīng)力方向與你所需要觀察的截面方向不一致,那說明截面上就存在剪應(yīng)力了。之所以一直強(qiáng)調(diào)剪應(yīng)力是因?yàn)?在板料成形過程中,剪應(yīng)力是參與作用的,并且剪應(yīng)力對(duì)于塑性材料的屈服和板料的扭曲(TWIST)是起主要作用的。對(duì)于我們來說經(jīng)常要觀察的截面是位于與板料流動(dòng)方向垂直的截面。我們需要觀察AF里主應(yīng)力方向與材料流向是否相同,用以判斷該處區(qū)域是否存在剪應(yīng)力作用。剪應(yīng)力的產(chǎn)生是由于材料流動(dòng)速度不一,致使應(yīng)力方向改變產(chǎn)生的。比如在高強(qiáng)板的扭曲和外板件的面畸變里,剪應(yīng)力也是起作用的因素之一。對(duì)于剪應(yīng)力,AF給出了三個(gè)評(píng)判值 。平面剪應(yīng)力,橫向剪應(yīng)力(XZ向和YZ向)。這三個(gè)應(yīng)力是新版本給出的,估計(jì)是AF對(duì)回彈TWIST和面畸變開始關(guān)注了。但是具體含義和數(shù)值還有待理解。
實(shí)際上,我們對(duì)板料模擬的基本假設(shè)是平面應(yīng)力狀態(tài),即不考慮單元厚向的應(yīng)力應(yīng)變因素。對(duì)于AF,早期用的膜單元,只考慮了平面內(nèi)的拉伸,壓縮,剪切變形。因?yàn)槟卧菦]有厚度的,所以,早期膜單元也無法考慮,內(nèi)外表面應(yīng)力不一致產(chǎn)生的彎矩 ,該單元是基于三角網(wǎng)格相鄰處曲率保持連續(xù)這一概念,來進(jìn)行彎矩計(jì)算,并不是實(shí)際上對(duì)單元的內(nèi)外表面進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算而產(chǎn)生的彎矩。
在大曲率拉伸,變薄拉伸的情況下,實(shí)際上是要求考慮單元的厚向應(yīng)力應(yīng)變等因素的,而膜單元對(duì)此是無法做到的(所以AF不建議我們模擬時(shí)圓角R2以下就是基于厚向因素?zé)o法考慮原因,AF膜單元對(duì)于板料較理想的模擬厚度是0.7-1.0mm),所以AF引進(jìn)了 ,該單元可以考慮板料的厚向因素,從而加強(qiáng)對(duì)于回彈,變薄等的計(jì)算精度。
有一點(diǎn)要交代的是,單元厚向的應(yīng)力應(yīng)變,是只能在殼單元(EPS)里計(jì)算的,所以我們假如用膜單元進(jìn)行拉延模擬話是無法得到這些數(shù)據(jù)的。如圖:

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