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(有錯誤也可提出),寫出來是因為要做分析吧,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,基本就會看個成形性FLC圖和變薄率。軟件基本操作都會用,有些還用得不錯,但是對于應(yīng)力應(yīng)變,彎矩,以及變形機理,回彈機理等根本不管。
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,我們在不知初始壓邊力話,我們會選擇用壓力來,對于板件,一般初始值選3MPA,這個概念是什么呢,說白了這個值就是接近厚向應(yīng)力(當然二個有差別,一個是宏觀的力,一個是微觀應(yīng)力),而板料的其它平面方向應(yīng)力,動輒是150-400MPA左右的。所以相對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,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 ,因為厚向應(yīng)力不重要,所以AF里也沒有這個值給出,我們參考下壓邊力吧 ,我選的這個件是個車門外板有壓邊力,有300T,很大的一個壓邊力了,一般件是沒這么大的。對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,板料拉伸過程中對板料起作用力,板料拉伸過程實際是在外力作用下,產(chǎn)生應(yīng)力,應(yīng)力產(chǎn)生應(yīng)變,而由于進料速度不同,則會使外力方向與主應(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截面,二個主應(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。這個主應(yīng)力對應(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,其實這二個都是主應(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。之所以一直強調(diào)剪應(yīng)力是因為,在板料成形過程中,剪應(yīng)力是參與作用的,并且剪應(yīng)力對于塑性材料的屈服和板料的扭曲(TWIST)是起主要作用的。對于我們來說經(jīng)常要觀察的截面是位于與板料流動方向垂直的截面。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)生是由于材料流動速度不一,致使應(yīng)力方向改變產(chǎn)生的。比如在高強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。對于剪應(yīng)力,AF給出了三個評判值 。平面剪應(yīng)力,橫向剪應(yīng)力(XZ向和YZ向)。這三個應(yīng)力是新版本給出的,估計是AF對回彈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。
實際上,我們對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。因為膜單元是沒有厚度的,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,來進行彎矩計算,并不是實際上對單元的內(nèi)外表面進行應(yīng)力計算而產(chǎn)生的彎矩。
在大曲率拉伸,變薄拉伸的情況下,實際上是要求考慮單元的厚向應(yīng)力應(yīng)變等因素的,而膜單元對此是無法做到的(所以AF不建議我們模擬時圓角R2以下就是基于厚向因素無法考慮原因,AF膜單元對于板料較理想的模擬厚度是0.7-1.0mm),所以AF引進了 ,該單元可以考慮板料的厚向因素,從而加強對于回彈,變薄等的計算精度。
有一點要交代的是,單元厚向的應(yīng)力應(yīng)變,是只能在殼單元(EPS)里計算的,所以我們假如用膜單元進行拉延模擬話是無法得到這些數(shù)據(jù)的。如圖:

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