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钢聚丙烯钢板拉深中塑料变形的有限元分析

文章作者:www.blch.net.cn发布时间:2019-11-01浏览次数:1048

钢/聚丙烯/钢板拉伸塑性变形的有限元分析陈明安12,张新明,李学谦,2程奋强2,雷秋玲2(1.中南大学材料科学与工程系,长沙,湖南; 2湖南材料科学与工程学院,湖南长沙)。利用等效应力分布和总应变能密度分布来分析不同变形区域的塑性变形特征。研究结果表明,深拉伸复合板的聚丙烯片材分为五个变形区,分别是凸缘区(I),凹模圆角区(U),冲头和模隙区(111),和变形区。一拳。圆角区域(IV),打孔器的底部区域(V);其中,V区为非塑性变形区,I区。U区和U1区沿径向伸长变形,沿周向压缩变形,沿厚度方向收缩变形。 iV区域在径向上伸长并变形,在周向上伸长并变形,并沿厚度方向变形。值为040-0 47,这是塑性变形程度最大的区域,并且会发生明显的剪切变形。在U区和V区的部分也有明显的剪切变形。

金属/塑料/金属复合板具有密度低,隔热,吸音和减振的特性,并具有良好的刚性和机械性能。它可以用作电子设备,汽车,火车,航天器,高性能武器。设备和仪器的结构部件附带有13。但是,金属板和塑料的机械性能有很大差异,导致复合板的压制成形性能低于均质金属板。因此,有必要了解在压制成型中构成复合板的金属和塑料的变形行为,并改善压制成型性,并通过金属板的冲压方法将其加工成各种结构部件。 A. Makinouchi等。研究了钢/塑料/钢复合板的弯曲过程。在此,作者使用弹塑性大变形有限元方法模拟了钢/聚丙烯/钢复合层压板的深冲过程,并研究了聚丙烯板的塑性变形行为。

< p> 1复合层压体结构和拉伸方法复合面板具有三层结构,上下面板是厚度为0.2mm的钢板,中间是厚度为0.4mm的聚丙烯板。大米通过金属板的拉伸方法形成。拉深模具和模具的结构和尺寸如图所示。拉伸之前,请使用压条环(薄片的厚度为0.01毫米)按压薄片的边缘,以防止在拉伸过程中起皱。深冲头的工作行程为5mm。 2有限元模型是由于复合板的深冲而产生的塑性变形过程。因此,通过拉格朗日方法对弹塑性大变形有限元更新进行了数值模拟。复合板的深冲被视为轴对称问题。为了更好地描述片材变形时的弯曲效果以及片材厚度方向上的应力和应变特性,在聚丙烯片材的厚度方向上排列了六层孔,单元的一半以6×49单位离散。如图所示,4X49个单位将其中的一半离散。使用的单位是4个高斯积分点的四边形轴对称单位。在拉伸过程中,聚丙烯板和钢板之间既没有剥离也没有相对滑动。深冲头,模具和活页夹环均被视为刚体。

聚丙烯片材的弹性模量E为850 MPa,泊松比u为0.33,初始屈服强度为24 MPa,流动应力-应变关系为:=55.9(0.02+)193。钢板和各向同性增强的弹塑性材料,符合VonMises屈服准则。

在深冲过程中,复合板与模具之间的摩擦系数为0.05,并采用考虑相对滑动速度影响的摩擦定律:有限元节点与模具之间的接触条件。复合板是:当节点与模具面之间的连接处时,当距离小于或等于所有单元最小边长的1/25时,则认为节点与模具接触;否则,它处于非接触状态。

使用大型非线性分析有限元软件MARC对复合板的成形过程进行了有限元数值模拟。

3结果分析和讨论给出了复合板在深冲过程中的有限元网格变形图。为了便于分析塑料在不同区域的变形行为,将深成形的复合板分为五个区域,如(d)所示:凸缘区域(I区域),凹模圆角区域(区域),冲模间隙区域(I区域),冲模圆角区域(IV区域),冲模底部区域(V区域)。可以看出,在深冲过程中,该区域,该区域和W区域的塑料板产生明显的剪切变形,并且随着冲头的冲头冲程变大而增强。 I和V区域中的有限元网格变化不明显。

沿塑料片中片材直径的最大主塑性应变elnax,最小主塑性应变Emin,周向塑性应变勺3和等效塑性应变(距塑料片的几何中心层0.1毫米)给出。方向的分布。 d是径向距离。可以看出,对于I区,它是正的,并且随着拉拔过程的进行而增大。 Emin和3为负,随着绘图过程的进行,两者均为负。我对绘画进度很满意。这表明该区域的塑料变形为:径向伸长变形,周向压缩变形,厚收缩变形。在深拉过程中,该区域中的塑料径向向内移动。

ax,Smm都为零。这表明该区域对于V区域始终处于非塑性变形状态。

对于区域,kax为正,并随着深拉过程而增加;模具进口侧塑料的塑性变形明显大于该区域中相邻区域I的塑性变形,尤其是明显的剪切变形。

对于W区域,kax也是正的,并且随着深冲过程的进行而增加; rnn为负数,并且随着绘制过程的进行而负增长; 33是正数,并且随着绘制过程的进行而增加。这表明塑料在该区域的变形是膨胀的,即径向伸长变形,周向伸长变形,导致较厚的收缩变形。随着绘图过程的进行,我会增加。由于冲头凸角的弯曲作用,该区域中距离V区越远,塑性变形程度越大,剪切变形也就越大。

变形随着深化过程的增加而增加,其增加幅度大于其他区域。该区域的k值为0.400.47,这是塑性变形程度最大的区域,并且发生明显的剪切变形。

(a)给出深冲后聚丙烯板中VonMises等效应力的分布。显然,I区的比率是相似的。 (b)给出了在深冲后聚丙烯片材中总应变能密度dW/dv的分布场图。可以看出,I区中的dW/dv高于其他区域,并且是一个小区域,其值在该区域中最大。当dW/dv的最大值达到其临界值时,聚丙烯片材将在此处产生开裂损伤。

聚丙烯板中的ei的最大值是钢板中Si的最大值的三倍。

4结论深冲压可分为五个区域:凸缘区域(I)凹角区域,冲头和模具间隙区域(1瓜凸角区域(IV),冲头底部( V):其中:V区域是非塑性变形区; I区域,I区域和I区域在径向上伸长并变形,周向压缩变形,在厚度方向上收缩变形; V区径向伸长变形,周向变形,厚收缩变形。

大面积剪切变形。与I区和V区的部分区域相邻的区域也具有明显的剪切变形。

c总应变能密度图显示了最容易破裂的聚丙烯片材的位置。