第一篇：Autoform 有限元分析基礎理論

2016-11-15  by:CAE仿真在線  來源:互聯網

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(美國汽車鋼鐵聯盟)的高強板論文。
3.寫的目的,主要是看現在好多人用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,但是對于應力應變,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力狀態。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力(當然二個有差別,一個是宏觀的力,一個是微觀應力),而板料的其它平面方向應力,動輒是150-400MPA左右的。所以相對3MPA的厚向應力,夠小了吧,這還是在壓邊圈上厚向應力大點,在單面接觸區更是小得可憐了,所以說我們把板料成形看作平面應力狀態。
我們看下模擬過程中板料的主應力和次應力 ,因為厚向應力不重要,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,厚度方向應力,我們可以忽略。
說清了平面應力,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,產生應力,應力產生應變,而由于進料速度不同,則會使外力方向與主應力方向不同,于是產力剪應力。比如我們板料的壓邊圈上的應力狀態就是拉壓的平面應力狀態,再加上剪應力的綜合作用下開始變形的。
然后說下應力與主次應力差別,主應力的概念在現面應力中總存在這樣一個截面,二個主應力不為0,剪切力為0.反過來說就是主應力的方向,剪應力是為0的。這個主應力對應AF里的 ,常規翻譯就是最大應力和最小應力,用AF的人經常叫法是把最大應力叫做主應力,最小應力叫做次應力,其實這二個都是主應力,我們要明白MAJOR STRESS 和MINOR STRESS指和就是主應力就是了(剪應力為0)。
應力則是通稱,指任意截面內的應力,我們看下圖關于應力與主應力關系。 ,我們需要明白的一點就是假如主應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力了。之所以一直強調剪應力是因為,在板料成形過程中,剪應力是參與作用的,并且剪應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里主應力方向與材料流向是否相同,用以判斷該處區域是否存在剪應力作用。剪應力的產生是由于材料流動速度不一,致使應力方向改變產生的。比如在高強板的扭曲和外板件的面畸變里,剪應力也是起作用的因素之一。對于剪應力,AF給出了三個評判值 。平面剪應力,橫向剪應力(XZ向和YZ向)。這三個應力是新版本給出的,估計是AF對回彈TWIST和面畸變開始關注了。但是具體含義和數值還有待理解。
實際上,我們對板料模擬的基本假設是平面應力狀態,即不考慮單元厚向的應力應變因素。對于AF,早期用的膜單元,只考慮了平面內的拉伸,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,內外表面應力不一致產生的彎矩 ,該單元是基于三角網格相鄰處曲率保持連續這一概念,來進行彎矩計算,并不是實際上對單元的內外表面進行應力計算而產生的彎矩。
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力應變等因素的,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,單元厚向的應力應變,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據的。如圖:

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