基于Abaqus的冲压模具仿真

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基于ABAQUS的冲裁仿真方法

Ｈｙｐｅｒｆｏｒｍ模块［８］。本文使用ＡＢＡＱＵＳHale Waihona Puke ／Ｅｘｐｌｉｃｉｔ
计算结果相近，但计算代价较小，所以使用
ＭＳＦＬＤ准则描述材料的颈缩失效，并通过指定成形极限曲线的方式定义ＭＳＦＬＤ准则。
中图分类号：ＴＧ３８６．２
文献标志码：Ａ
文章编号：２０９５ — ４８５９（２０１６）０３ — ０３３３ — ０４
冲裁是使用安装在压力机上的模具，使板料分１本构方程离以获得零件的一种冲压工艺，包括落料、冲孔、切零件的材料使用铝合金，材料参数来自ＡＱＵＳ的帮助文件。在冲裁过程中，零件材料边、切断、切口、剖切、冲槽和修边等［１］。冲裁生产ＡＢ
对冲裁力和断口形态的影响进行了仿真。进行了厚板冲裁的仿真，研究了板料厚度对冲裁力的影响。并且建立了精密冲裁模型，仿真了精密冲裁中模具间隙对断口形态的影响。
关键词冲裁；有限元；精密冲裁；厚板；ＡＢＡＱＵＳ仿真
是一个剧烈的局部塑性变形过程，在狭小的剪切带
异性的，这里将材料的弹塑性行为近似作为各向同性处理，使用线弹性和Ｍｉｓｅｓ屈服准则。

基于ABAQUS软件的热冲压成形接触问题分析

基于ABAQUS软件的热冲压成形接触问题分析热冲压成形是一种将金属板材通过加热和冲压工艺加工成复杂形状的方法，广泛应用于汽车和航空航天等制造行业。

在热冲压成形过程中，接触问题是一个关键的研究内容，涉及到材料的热力耦合以及变形和变质等复杂的物理现象。

ABAQUS软件是一种基于有限元方法的强大工程仿真软件，可以用于模拟和分析热冲压成形过程中的接触问题。

下面将通过一个具体的案例来介绍基于ABAQUS软件的热冲压成形接触问题分析方法。

假设我们要研究一块厚度为2mm的铝合金板材在500摄氏度的高温下进行冲压成形的过程。

我们需要将材料的热传导特性建立为一个热传导模型。

通过测量材料的热导率和比热容等参数，并结合热传导方程，可以在ABAQUS软件中建立一个热传导模型。

接下来，我们需要在ABAQUS软件中建立一个模拟板坯和模具的几何模型。

可以通过CAD软件绘制二维或三维的几何模型，并将几何模型导入ABAQUS软件。

在导入几何模型之后，还需要定义材料的力学性能，如材料的弹性模量、屈服强度和硬化指数等。

然后，我们需要定义模拟的边界条件和加载情况。

在热冲压成形过程中，板坯可能会与模具接触，并受到一定的冲压力和温度加载。

我们可以在ABAQUS软件中定义加载的方式和大小，并将其应用于模具和板坯的接触面。

在此基础上，还可以定义接触面的摩擦系数和热接触阻抗等参数。

我们可以通过ABAQUS软件对热冲压成形过程进行仿真分析。

通过求解热传导方程和力学方程，可以得到在不同时间步长下的温度场和应力场分布。

并且，可以通过ABAQUS软件提供的后处理工具将结果可视化，并进行数据分析和对比。

通过上述的分析方法，我们可以在ABAQUS软件中对热冲压成形接触问题进行分析，并得到温度场和应力场等关键参数的分布情况。

这些分析结果可以为热冲压成形工艺的优化和性能预测提供依据，从而提高产品质量和生产效率。

基于ABAQUS的农业机械铜钢复合板弯片冲压模拟与模具设计探究

基于ABAQUS的农业机械铜钢复合板弯片冲压模拟与模具设
计探究
刘洁;张志红
【期刊名称】《南方农机》
【年(卷),期】2024(55)9
【摘要】合理应用机械模具加工技术可以有效提高我国农业机械化发展程度,对于我国农业发展具有重要的价值与意义。

基于ABAQUS进行农业机械铜钢复合板的弯片冲压模拟以及模具设计,可以切实提高整体质量。

利用ABAQUS三维有限元软件进行了模拟分析,结合模具要素分析了成型应力以及厚度参数产生的影响,可以确定最佳的数值。

试验发现,通过增大凹模圆角参数的方式可以有效降低应力以及厚度等方面的不良影响;在凸凹模间隙为1 mm时,能有效提高板料成型的整体精度。

【总页数】3页(P177-179)
【作者】刘洁;张志红
【作者单位】晋中信息学院智能工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG386.44
【相关文献】
1.基于ABAQUS的钢-竹箱型组合梁抗弯性能研究
2.空调铜翅片冲压模工艺分析与设计
3.基于模流分析的直角弯管注塑模具设计
4.中职云教材《冲压模具设计与制造》在教学实践中的应用——以冲压模具“冲孔落料级进模”教学内容为例
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基于ABAQUS 软件的热冲压成形接触问题分析

1引言ABAQUS 是一套功能非常强大的工程模拟仿真软件，拥有各种类型的材料模型库，可以模拟各种工程领域的许多问题，例如，热传导、热电耦合分析、声学分析、岩土力学分析以及压电介质分析[1,2]。

ABAQUS 拥有十分强大的处理高度复杂非线性问题的能力，具有模拟复杂系统问题的高度可靠性，被广泛应用于在各国工业和研究所中。

但是在国内ABAQUS 的普及率远不如ANSYS ，不仅中文的资料少，而且可供新手学习的例子少，尤其是对比较复杂的接触问题的介绍更少。

在现实世界中，有许许多多的工程项目问题都涉及接触问题，如运动中火车轮与钢轨的接触、切削中车刀与工件的接触、冲压时模具与毛坯间的接触，等等。

在接触过程中，两个物体在接触界面上的相互作用是复杂的力学现象，接触问题常常同时涉及三种非线性：大形变引起的材料非线性、几何非线性和接触界面的非线性，再加上接触界面的事先未知性和接触条件的不等式约束，决定了接触分析过程属于高度非线性的，不仅需要花费较多的计算机资源，而且收敛难度较大。

本文从汽车防撞梁的热冲压成形出发，基于ABAQUS 软件对接触问题进行分析研究。

2ABAQUS 接触分析的关键问题接触分析中需要注意的常见问题包括：单元类型的选择和网格质量的控制、接触关系的建立、相对滑动、主从面的定义等[3]。

ABAQUS 软件提供了非常丰富的单元种类，在给用户提供更多选择的同时，也增加了用户选择适合自己模型的单元类型的难度，人们要清楚自己计算的目的是什么，然后选择合适的单元类型。

例如，热冲压成形模型，涉及温度变化和形变，就这需要选择温度—位移耦合类型。

网格质量的控制，ABAQUS 软件是通过Verify Mesh 检查模型网格质量，可以检查出分析过程中会导致错误和警告信息的单元，想要获得精确的计算结果，完美的单元质量是必不可少的。

接触关系的建立，人们在建立接触对时，首先要搞清楚主从面的定义，一般选择刚度较大的一面作为主面，柔性材料作为从面，而解析面和刚体面必须作为主面。

基于ABAQUS的板材冲压仿真及回弹分析

theremanyvariationswithinfamily156elementsabaqusspecialpurposeelementslikespringsdashpotsmassescontinuumsolidelementsshellelementsbeamelementsrigidelementsmembraneelementstrusselementsinfiniteelements华南理工大学模具研究室二典型实例讲解l118abaqus软件冲压成形回弹模拟流程图abaqus软件冲压成形回弹模拟流程图冲压成形分析回弹分析几何模型的建立材料属性的定义成形步的定义explicit定义表面接触定义边界条件提交计算生成成形结果文件从第一次冲压成形模型中删除模具接触定义以及边界条件等回弹步的定义standard加载上步计算结果作为初始坯料状态提交计算生成回弹结果文件前处理求解器后处理l119实例讲解l120习题1二维弯曲回弹模拟成型模具冲压模具平板及其固定装置的剖面图帮助文件
shell elements
beam elements
•同类型单元有很多相同的基本特。 Elements in the same family share many basic features.
rigid elements
membrane elements
•同种类单元又有很多变化：There are many variations within a family.
几何模型的建立
材料属性的定义
从第一次冲压成形模型中，删除模具、接触定义以及边界条件等
前处理
成形步的定义（Explicit）
回弹步的定义（Standard）
定义表面接触加载上步计算结果作为初始坯料状态定义边界条件

基于ABAQUS软件的热冲压成形接触问题分析

基于ABAQUS软件的热冲压成形接触问题分析1. 引言1.1 背景介绍热冲压成形是一种重要的金属压制加工方法，广泛应用于汽车制造、航空航天等领域。

热冲压成形可以在金属板材加工过程中实现快速成形和高精度，同时也能改善材料的塑性变形性能。

热冲压成形接触问题是该工艺中的关键问题之一，直接影响产品质量和加工效率。

通过对热冲压成形接触问题的深入研究，可以优化工艺参数，提高成形质量和效率，降低生产成本。

目前，随着计算机仿真技术的发展，研究人员可以利用ABAQUS 等有限元软件对热冲压成形接触问题进行数值模拟分析。

通过建立合适的模型和边界条件，可以模拟实际加工过程中的力学行为和热传导过程，得到准确的结果。

基于ABAQUS软件的热冲压成形接触问题分析已经成为研究的重要方向，有助于揭示工艺中的关键问题，指导实际生产中的操作。

1.2 研究目的热冲压成形是一种先进的金属成形工艺，在汽车、航空航天和其他工业领域具有广泛应用。

研究旨在探讨基于ABAQUS软件的热冲压成形接触问题分析方法，以提高热冲压成形工艺的效率和成形质量。

具体目的包括：1. 分析热冲压成形中的接触问题，探讨接触压力分布、接触变形和接触面积等关键参数对成形质量的影响。

2. 建立热冲压成形接触问题的数值模拟方法，深入研究不同参数下的接触行为，为优化工艺提供理论依据。

3. 开展热冲压成形接触问题的实例分析，验证数值模拟方法的准确性和可靠性，为工程实践提供指导。

通过对热冲压成形接触问题的深入研究，旨在为提高热冲压成形工艺的稳定性、成形精度和生产效率提供理论支持，推动热冲压成形技术的进步和发展。

1.3 研究意义热冲压成形是一种在汽车工业、航空航天等领域广泛应用的先进制造工艺，其通过将金属材料在高温下进行塑性变形，以获得复杂形状和高强度的零部件。

研究热冲压成形接触问题对于优化成形工艺、提高产品质量和降低生产成本具有重要意义。

研究热冲压成形接触问题可以帮助了解成形工艺中材料之间的接触行为，验证成形过程中的接触压力分布和接触面积变化等参数。

基于Abaqus的冲压模具仿真

板件冲压成型分析、背景描述当前，制造行业加工工艺的趋势正朝着高新技术的方向发展。

由于新产品、新技术的开发成本太高、开发时间过长，加上开发成果没有保障，越来越多的公司在研发、制造过程中开始注重仿真技术的应用。

采用ABAQUS 对加工工艺进行模拟有着诸多优点：1.数值模拟减少了耗时的原型实验，缩短了产品投放市场的时间；2.合理的参数设计可以降低对工件的损耗；3.合理的坯料设计，减少了飞边，也减少原材料的浪费；4.对模具的设计、加工提供合理建议；5.优化加工过程，提高产品成型质量；采用ABAQUS 进行仿真模拟的目的：1.节约开发成本2.加快研发速度3.提高产品质量二、问题描述1、本实例是关于板件的冲压成型仿真模拟，图 1 为拉延模具三维实体，图2为模具上模的刚性实体，图 3 为模具下模的刚性实体，图 4 为模具压边圈的刚性实体，图5 为毛坯的初始形状，其中定义上模、压边圈、下模为离散刚性的，即在模拟过程中假设这几个部件不发生变形，只有毛坯件发生变形，完成冲压，在分析过程中定义毛坯为可变性的。

图1拉延模三维模型图2模具上模刚性实体图3模具下模刚性实体图4压边圈刚性实体图5毛坯初始形状2、将上述模具四部分进行装配，其中上模在最上端，下模在最下端，压边圈在下模上，毛坯在压边圈下方下模上放着，在模具冲压的过程中，下模固定不动, 由上模向下运动来实现板料的冲压成型，压边圈在上模下压之前已将将板料压紧，防止板料在拉伸的过程毛坯串动，和提高拉伸后型面质量。

拉着板料的边缘, 使拉伸时板料不易起皱。

下图6模具为在abaqus中的装配体。

图6模具装配体3、定义毛坯的材料属性，进入属性模块，定义新材料名称为steel,该材料的密度为7.85E-9,杨氏模量为210000,泊松比为0.31,定义塑性属性为图7所示, True stress (MPa) Log plastic stra in910.01310.15910-21710.64910-22110.17710-12510.39510-12910.77610-13310.1393910.295图7材料的属性定义4、创建截面类型别壳，类型为均质的截面，同时将截面特性赋予给毛坯。

基于Abaqus的VRB板冲压成形数值模拟研究

如图 4 所示，当分析步时长为 0.001 时，动能所占的比例很大，并且延续了很长一段时间；仅当分析步时长为 0.05 和 0.1 时，可满足计算精度的要求。4 种方案需要的时间分别为 1 min 16 s、7 min 27 s、28 min 36 s、49 min 51 s。兼顾计算效率和计算精度，分析步时长可以选为 0.05。
图 1 板料柔性轧制
B
L1
L2
L3
L
T
t
（a）模型装配图
（b）坯料
注： 1— ——凸模； 2—— —平板压边圈； 3—— —实体单元板料； 4— ——壳单元板料（具体用哪种依据仿真单元而定）；5 凹模。
图 2 有限元模型及坯料
材料
B210P B210P
表 1 材料性能参数
厚度（mm）
2 1
杨氏模量（GPa）
210 210
泊松比
0.3 0.3
屈服强度抗拉强度（MPa）（MPa）
240
421
265
412
n值
0.265 0.241
【作者简介】张波，男，广西人，本科，任职于上汽通用五菱汽车股份有限公司技术中心，研究方向：车身结构设计、车身轻量化设计。
76 qiyekejiyufazhan
2019 年第 6 期（总第 452 期）过渡区材料的屈服变小，而靠近薄测的过渡区材料的屈服增大，故在冲压过程中，由于靠近薄侧的过渡区材料抵抗塑性变形的能力增加，所以薄测圆角区域的开裂趋势增加。
5.1.2 圆角区域减薄减薄率云图显示最大减薄率在盒形件的 4 个圆角处（如
图 10 所示）。 3 种离散程度情况下 4 个圆角处的减薄率数值如图 11 所

基于ABAQUS软件的热冲压成形接触问题分析

基于ABAQUS软件的热冲压成形接触问题分析
热冲压成形是一种使用热量加热金属工件，然后用压力将其形成为所需形状的工艺。

在这个过程中，接触问题是一个关键问题，他会影响成形件的形状、尺寸和表面质量。

在ABAQUS软件中，可以使用接触算法来模拟接触问题。

接触算法将接触面分解为小单元，然后计算每个单元之间的接触力和接触面的变形。

由此可以确定接触面的状态，包括接触区域、滑动区域和分离区域。

在热冲压成形中，需要考虑两种接触问题：金属和模具之间的接触和金属与金属之间的接触。

针对金属和模具之间的接触，需要考虑表面形态和材料传热。

ABAQUS提供了多种接触算法，包括无限制的接触、节点到表面接触和表面间接触。

其中，表面间接触算法能够考虑表面形态，因此更适用于热冲压成形中的接触问题。

针对金属与金属之间的接触，需要考虑材料的摩擦性质。

ABAQUS可以使用Coulomb摩擦模型来描述摩擦特性，其中摩擦系数可以根据实验数据进行确定。

需要注意的是，在热冲压成形中，材料和模具可能会出现严重的热变形。

这会影响接触面的状态和接触力。

因此，在ABAQUS中，需要使用热力学模拟来考虑材料的热变形，以更准确地模拟接触问题。

总之，ABAQUS软件可以很好地模拟热冲压成形中的接触问题，并且可以根据实验数据进行摩擦系数的确定，为热冲压成形的工艺开发提供有力的支持。

ABAQUS在冲压成形有限元模拟中应用技术

ABAQUS在冲压成形有限元模拟中的应用
作者：美国ABAQ…资料库来源：《CAD/CAM与制造业信息化》
本文所示的ABAQUS软件的应用成功地节省了产品设计开发的成本，同时还能缩短设计开发的时间，而且模拟的结果与实际结果相距不大，是一款不可多得的优秀软件。

一、模拟加工过程中的成本节约
加工成形技术是制造工业的中一种重要的技术。

当前，制造行业加工工艺正朝着高技术的方向发展，越来越多的公司在产品研发和制造过程中开始注重仿真技术的应用。

采用ABAQUS进行仿真模拟的目的是节约开发成本、加快研发速度和提高产品质量。

ABAQUS可以针对不同操作系统（如Unix，Linux和Windows等）进行单机或多机并行运算，节省更多运算时间。

下面以ABAQUS某汽车用户的车门设计为例，说明ABAQUS在冲压成型有限元模拟中的应用。

传统的车门设计流程如图1所示。

图1 某型号汽车车门的传统设计流程
其中主要设计及加工成本如下：
1.软质模具的设计和加工成本为20万美元；
11 / 11。

基于ABAQUS软件的热冲压成形接触问题分析

基于ABAQUS软件的热冲压成形接触问题分析热冲压成形是一种常用的金属加工方法，它通过在同一工序中进行冲压和热处理来加工金属零件。

在热冲压成形过程中，接触问题是一个关键的研究内容，对于模具设计和工艺优化具有重要意义。

本文将基于ABAQUS软件，对热冲压成形接触问题进行分析。

需要对热冲压成形过程进行建模。

由于热冲压成形过程中存在接触问题，因此需要在模型中添加接触对。

在ABAQUS软件中，可以通过创建一个包含模具和工件的总体模型来实现这一过程。

需要定义材料属性、几何参数和边界条件。

然后，将工件和模具分别作为两个分体来建立整体模型。

在模型中，通过添加表面间的接触对来描述工件和模具之间的接触关系。

然后，需要定义材料行为模型。

在热冲压成形过程中，金属材料会因为热处理而发生相变和塑性变形。

需要在ABAQUS中选择合适的材料本构模型来描述金属材料在高温和高压条件下的力学行为。

常用的材料本构模型有各向同性弹塑性模型、本构方程和本构公式等。

接下来，需要定义分析步骤。

热冲压成形是一个连续的工艺过程，通常包括冲压和热处理两个阶段。

在ABAQUS中，可以通过多个分析步骤来模拟整个过程。

进行冲压分析，将工件和模具之间的接触行为设为摩擦接触。

然后，进行热处理分析，模拟金属材料的相变和塑性变形过程。

在分析步骤中，需要定义时间步长、加载方式和收敛准则等参数。

进行仿真分析并得出结果。

通过对模型进行运行，ABAQUS软件可以计算出热冲压成形过程中的位移、应变、应力等数值结果。

通过分析和对比这些结果，可以评估设计和工艺参数的合理性，并进一步优化热冲压成形工艺。

基于ABAQUS软件的热冲压成形接触问题分析是一种有效的研究方法。

通过建立模型、定义材料行为模型、定义分析步骤，并进行仿真分析和结果评估，可以对热冲压成形过程中的接触问题进行深入研究，为模具设计和工艺优化提供参考依据。

基于ABAQUS的碳纤维复合材料板热冲压成形仿真

研究与开发合成纤维工业ꎬ２０１９ꎬ４２(２):１６ＣＨＩＮＡ㊀ＳＹＮＴＨＥＴＩＣ㊀ＦＩＢＥＲ㊀ＩＮＤＵＳＴＲＹ㊀㊀收稿日期:２０１８￣１０￣０２ꎻ修改稿收到日期:２０１９￣０１￣２５ꎮ作者简介:张华伟(１９８３ )ꎬ男ꎬ讲师ꎬ主要从事纤维增强复合材料的研究与教学工作ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｚｈａｎｇｈｗ＠ｎｅｕｑ.ｅｄｕ.ｃｎꎮ基金项目:国家自然科学基金项目(５１４７５０８６)ꎻ河北省自然科学基金项目(Ｅ２０１６５０１１１８)ꎻ中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(Ｎ１７２３０４０３６)ꎻ河北省高等学校科学技术研究重点项目(ＺＤ２０１７３１５)ꎮ㊀∗通信联系人ꎮＥ￣ｍａｉｌ:２４７３２８２１０＠ｑｑ.ｃｏｍꎮ基于ＡＢＡＱＵＳ的碳纤维复合材料板热冲压成形仿真张华伟ꎬ李博宏∗(东北大学秦皇岛分校控制工程学院ꎬ河北秦皇岛０６６０００)摘㊀要:基于ＡＢＡＱＵＳ有限元分析软件对碳纤维增强聚醚醚酮(ＰＥＥＫ)复合材料板的热冲压成形工艺进行模拟ꎬ分析了复合材料在热冲压过程中的受力及变形特性ꎬ探讨了纤维铺层夹角㊁复合材料板层数和复合层类型对其成形性能的影响ꎮ结果表明:可以利用复合材料的工程常数建立材料的本构模型ꎻ在复合层类型的选择中ꎬ 三维实体￣连续壳更符合实际情况ꎬ仿真效果更好ꎻ复合材料的纤维铺层夹角是其热冲压成形的主要影响因素ꎬ而且同其他的纤维铺层夹角(０ʎꎬ３０ʎꎬ４５ʎ)相比ꎬ复合材料在铺层夹角为９０ʎ时热冲压受力较好ꎬ但应变也较大ꎬ容易发生破坏ꎻ当总厚度一定时ꎬ复合材料板层数对材料的受力无明显影响ꎻ选择复合层类型为连续壳㊁９０ʎ夹角的复合材料板建立热冲压模型ꎬ仿真效果最好ꎮ关键词:碳纤维㊀复合材料㊀热冲压成形㊀有限元模型㊀模拟仿真中图分类号:ＴＱ３４２＋.７４㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀文章编号:１００１￣００４２(２０１９)０２￣００１６￣０５㊀㊀复合材料是由两种或多种不同性质的材料用物理和化学方法在宏观尺度上组成的具有新性能的材料ꎮ通常来说ꎬ复合材料除了具有其组合材料的原始性能之外ꎬ还会产生一些原来组分材料所没有的新的性能ꎬ从而使得复合材料在强度㊁刚度㊁热力学等性能上有了一定幅度的改善[１]ꎮ碳纤维增强树脂基复合材料具有较高的强度ꎬ相对比金属材料来说ꎬ更加耐腐蚀㊁绝缘性好㊁制作方式简单ꎮ而且ꎬ碳纤维复合材料的密度小㊁比强度高ꎬ具有较好的轻量化效果和抗冲击性能ꎮ但这种材料也有其不足之处:材料各向异性严重㊁常温下成形性能差㊁生产成本较高等ꎮ张琦等[２]研究了碳纤维复合材料板的非等温模具热冲压ꎬ并以实验与有限元仿真结合的方式对纤维编织复合材料进行了分析ꎮ堵同亮等[３]建立了碳纤维编织复合材料的超弹性本构模型ꎬ研究了碳纤维编织复合材料在冲压成形带有双曲率曲面的结构件时的纤维重新排布和重新取向ꎮ但这些研究多数是以细观力学的分析方法来对复合材料冲压工艺仿真建模ꎬ对于从宏观的角度利用工程常数建模仿真的研究还相对较少[４－８]ꎮＡＢＡＱＵＳ软件是一款功能强大的有限元分析软件ꎮ在工程应用方面ꎬＡＢＡＱＵＳ基于丰富的单元库ꎬ可以用于模拟绝大多数的常见工程材料ꎬ如金属㊁聚合物㊁复合材料㊁橡胶等ꎮ作者利用ＡＢＡＱＵＳ软件对碳纤维复合材料板的宏观力学行为进行了研究ꎬ建立了碳纤维复合材料板在高温状态下的本构模型ꎬ在此基础上构建了碳纤维复合材料热冲压成形的有限元模型ꎬ完成了成形过程的有限元仿真ꎬ对比了不同的复合层类型㊁铺层角度㊁铺层层数对碳纤维复合材料板热冲压成形的影响ꎬ研究结果对于碳纤维复合材料零件在汽车轻量化上的应用[９]具有一定的指导意义ꎮ１㊀实验１.１㊀原材料连续碳纤维:牌号为Ｔ１１００Ｇꎬ日本东丽公司生产ꎻ聚醚醚酮(ＰＥＥＫ)树脂:牌号为ＫＴ￣８２０ＮＬꎬ熔点３４０ħꎬ索尔维集团产ꎮ１.２㊀碳纤维增强ＰＥＥＫ复合材料的制备对于碳纤维增强ＰＥＥＫ复合材料ꎬ工业上常采用热压法进行制备ꎮ其主要工艺流程为:首先将碳纤维和预处理过的ＰＥＥＫ薄膜交替铺层在清洗干净的模具中ꎬ然后将模具放入已经预热一段时间的平板硫化机内ꎬ将温度提升到一特定温度ꎬ同时加压至设定的压力ꎬ保压一段时间ꎮ待到温度自然冷却至ＰＥＥＫ树脂的玻璃化转变温度以下ꎬ完成脱模ꎬ则可以得到碳纤维增强ＰＥＥＫ复合材料板[１０－１１]ꎮ设置参数:热压温度３９５ħꎬ热压压力２.５ＭＰａꎮ１.３㊀复合材料板工程常数的拟定对于仿真建模来说ꎬ此处可以利用复合材料的工程常数来建立碳纤维复合材料板的本构模型ꎬ即从细观力学入手设置参数ꎬ最后结合宏观力学的方法来进行仿真模拟分析ꎮ复合材料工程弹性常数共有９个ꎬ即该材料的三个方向上的弹性模量(Ｅ１ꎬＥ２ꎬＥ３)㊁三个方向上的泊松比(ｖ１２ꎬｖ１３ꎬｖ２３)和三个方向上的剪切模量(Ｇ１２ꎬＧ１３ꎬＧ２３)ꎮ其中Ｅ１为主方向上的弹性模量ꎬ即本材料中的连续纤维方向ꎮ通过相关文献可以查得常温下碳纤维复合材料的Ｅ１为１５０~４５０ＧＰａ[１２]ꎮ横截面积为Ａꎬ连续纤维与基体的横截面积分别为ＡｆꎬＡｍꎬ于是有:σ１Ａ＝σｆＡｆ＋σｍＡｍ(１)式中:σ１为主方向上的应力ꎻσｆ为连续纤维截面应力ꎻσｍ为基体的应力ꎮ考虑到应力与模量的关系ꎬ则有:Ｅ１＝ＥｆＡｆＡ＋ＥｍＡｍＡ(２)式中:Ｅｆ为连续纤维截面的弹性模量ꎻＥｍ为基体的弹性模量ꎮ其他工程常数可选用ＰＥＥＫ材料的基本参数[１３－１５]ꎮ因此ꎬ拟定采用的复合材料工程常数如表１所示ꎮ表１㊀碳纤维增强复合板材工程常数Ｔａｂ.１㊀Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｃｏｎｓｔａｎｔｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｌａｔｅ项目参数Ｅ１/ＭＰａ３２８００.０Ｅ２/ＭＰａ４８.３Ｅ３/ＭＰａ４８.３ｖ１２０.４ｖ１３０.４ｖ２３０.４Ｇ１２/ＭＰａ１１.４Ｇ１３/ＭＰａ１１.４Ｇ２３/ＭＰａ１１.４１.４㊀基于ＡＢＡＱＵＳ的冲压成形仿真建模方案在ＡＢＡＱＵＳ中进行几何建模ꎬ建立半球冲压仿真的模型ꎬ设定Ｚ方向为冲压方向ꎮ将冲头㊁压边框以及下模视为刚体ꎮ进行网格划分时ꎬ对于碳纤维复合材料板ꎬ选择了常规壳和连续壳两种复合层类型ꎬ其网格单元选择Ｓｈｅｌｌ中的Ｓ４Ｒ(常规壳)和ＣｏｎｔｉｎｕｕｍＳｈｅｌ１中的ＳＣ８Ｒ(连续壳)单元类型[１６－１９]ꎬ其余部件如冲头等采取仿真分析中常用的Ｃ３Ｄ１０Ｍ单元类型ꎮ为了保证精度ꎬ板材采用细化网格ꎬ同时为了提高运算效率ꎬ对冲头㊁压边框和下模采用粗网格划分ꎬ如图１ꎮ图１㊀热冲压模型示意Ｆｉｇ.１㊀Ｓｋｅｔｃｈｏｆｓｔａｍｐｉｎｇｍｏｄｅｌ㊀㊀设定碳纤维增强ＰＥＥＫ复合材料板处于２００ħ适宜冲压的状态ꎬ选用实验试件为厚度０.３ｍｍꎬ边长为５００ｍｍ的正方形材料板ꎬ用于成形热冲压深度为１００ｍｍ的半球形拉伸件ꎮ复合层纤维铺层夹角选取４种方式ꎬ即０ʎ㊁间隔３０ʎ㊁间隔４５ʎ( 米字型铺层)与９０ʎ( 十字型铺层)排布ꎮ复合层的层数与每层厚度由被冲压材料板的总厚度确定ꎬ即总厚度不变ꎬ单层材料厚度与层数成反比ꎮ冲压板总厚度为０.３ｍｍꎬ复合层层数设置为６ꎬ８ꎬ１２ꎬ２０ꎬ３０层５个等级ꎮ２㊀结果与讨论２.１㊀复合层的类型选择对仿真结果的影响针对复合层类型ꎬ进行了两种建模方式ꎬ即常规壳￣三维壳单元建模和连续壳￣三维实体单元建模ꎬ其应力云图分别见图２㊁图３ꎮ图２㊀４５ʎ复合层类型的应力云图对比Ｆｉｇ.２㊀Ｓｔｒｅｓｓｎｅｐｈｏｇｒａｍｓｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅｔｙｐｅｏｆ４５ʎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｌａｙｅｒ７１第２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀张华伟等.基于ＡＢＡＱＵＳ的碳纤维复合材料板热冲压成形仿真图３㊀９０ʎ复合层类型的应力云图对比Ｆｉｇ.３㊀Ｓｔｒｅｓｓｎｅｐｈｏｇｒａｍｓｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅｔｙｐｅｏｆ９０ʎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｌａｙｅｒ㊀㊀从两种建模方式的应力云图对比分析可以看出来ꎬ使用常规壳￣三维壳单元来进行建模的时候ꎬ与连续壳￣三维实体单元的应力数据几乎没有区别ꎬ但显示效果并没有连续壳￣三维实体单元的显示效果好ꎮ由此可知ꎬ在进行复合层建模的时候ꎬ常规壳对于碳纤维增强复合材料的连续性的因素影响没有连续壳好ꎬ应力分析是按照常规材料的应力计算方式进行的ꎬ所以在某些位置会出现没有任何过度的应力突变的情况ꎮ当改成连续壳￣三维实体单元建模的时候ꎬ由于考虑到了碳纤维复合材料的特性ꎬ在ＡＢＡＱＵＳ中有不同的计算方式ꎬ使得对于材料板的应力计算过度更加平滑ꎬ因此也不会出现类似于常规壳的那种应力突变点ꎮ因此ꎬ后文中复合层板间铺层夹角与板间层数的讨论均在建模类型为连续壳￣三维实体单元的基础上进行ꎮ２.２㊀复合材料的铺层夹角对冲压受力的影响碳纤维复合材料的主要受力元素是碳纤维ꎬ基体在受力过程中起到传递载荷的作用ꎮ碳纤维复合材料板冲压工艺主要受材料拉应力性能指标的影响ꎬ即可以通过分析比较最大拉应力来判断碳纤维受力情况ꎮ同时为了进一步探究复合材料层间夹角排布对其热冲压性能的影响ꎬ还设置了一组不同复合材料板层间夹角的真实应变对比ꎮ实验中以１２层复合材料板为例ꎬ其应力云图见图４ꎬ其应变云图见图５ꎮ结合图４ꎬ图５和表２ꎬ表３可分析出ꎬ当其他条件相同ꎬ当碳纤维复合材料板层间夹角不同的时候ꎬ其受到的冲压应力与应变是不同的ꎮ当层间夹角为９０ʎ叠层时ꎬ其碳纤维排列结构简单ꎬ层间滑移大ꎬ剪切柔度高ꎬ所以纤维夹角的可转角度也很大ꎻ当层间夹角为３０ʎ间隔与４５ʎ间隔分布时ꎬ由于纤维排布较为复杂ꎬ多个方向角都有限制截面剪切的纤维阻力ꎬ所以剪切柔度小ꎬ导致冲压深度相同的情况下ꎬ其纤维转角较小ꎬ即产生较大的应力ꎮ同时可观察得到ꎬ在层间夹角为３０ʎ或４５ʎ排布的时候ꎬ由于碳纤维材料在板材的几何中心排布最为密集ꎬ理论上在几何中心的受力应该是最大的ꎬ其次才是下模与板材接触的区域ꎬ即云图显示其主要受力区域在板材与冲头接触的中心位置ꎻ而间隔９０ʎ排布则不同ꎬ碳纤维在几何分布上是均匀的ꎬ不会出现某一区域的受力性能明显高于其他区域的情况ꎬ所以其主要受力区域为下模与板材的接触位置[２０－２２]ꎮ不难看出ꎬ无论对复合板中的纤维层夹角如何排布ꎬ都无法消除复合板冲压过程中的各向异性ꎮ图４㊀不同层间夹角的１２层复合材料板应力云图示意Ｆｉｇ.４㊀Ｓｔｒｅｓｓｎｅｐｈｏｇｒａｍｓｏｆ１２￣ｌａｙｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈｅｅｔｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｔｅｒｌａｙｅｒａｎｇｌｅｓ图５㊀不同层间夹角的１２层复合材料板应变云图示意Ｆｉｇ.５㊀Ｓｔｒａｉｎｎｅｐｈｏｇｒａｍｓｏｆ１２￣ｌａｙｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈｅｅｔｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｔｅｒｌａｙｅｒａｎｇｌｅｓ８１㊀合㊀成㊀纤㊀维㊀工㊀业㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１９年第４２卷表２㊀不同层间夹角及层数的复合材料板的冲压应力Ｔａｂ.２㊀Ｓｔａｍｐｉｎｇｓｔｒｅｓｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｐｌａｔｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｔｅｒｌａｙｅｒａｎｇｌｅｓ层间夹角/(ʎ)冲击应力/ＭＰａ６层８层１２层２０层３０层０１０３.７１０６.１１１０.３８９.４８９.１３０８７２.４８７４.８９２０.２９９８.９９２３.６４５９０８.１９４９.０９３４.９９８２.９９６７.３９０１７０.３１０１.１１０８.５１１５.７１１４.６表３㊀不同层间夹角及层数的复合材料板的冲压应变Ｔａｂ.３㊀Ｓｔａｍｐｉｎｇｓｔｒａｉｎｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｐｌａｔｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉｎｔｅｒｌａｙｅｒａｎｇｌｅｓａｎｄｌａｙｅｒｎｕｍｂｅｒｓ层间夹角/(ʎ)冲压应变６层８层１２层２０层３０层００.０９９２０.１００２０.１０１２０.０９９９０.０９９４３００.０６４２０.０３５９０.０３０００.０３１９０.０２９３４５０.０４２５０.０３０４０.０２９９０.０３０１０.０２９９９００.１００９０.１００２０.１０１５０.１０２５０.１０３４㊀㊀对比０ʎꎬ３０ʎꎬ４５ʎꎬ９０ʎ层间夹角的４种不同纤维排布方式的应变云图可以看出ꎬ 十字型排布方式的应变与米字形排布方式的应变有着本质的区别ꎬ即其发生应变的区域完全不同ꎬ而其应变的大小也是差别很大ꎬ９０ʎ铺层的复合材料应变较大ꎬ达到了１０％的形变程度ꎻ而４５ʎ与３０ʎ铺层的复合材料应变较小ꎬ仅有３％的形变ꎮ这些现象都说明了复合材料板的不同板间夹角排布会给冲压工艺带来不同的受力情况ꎬ随着其层间夹角排布的不同ꎬ其纤维层之间剪切转动方式㊁复合材料板的宏观力学性能等均会产生较大的差异[２２]ꎮ一般说来ꎬ９０ʎ夹角的排布方式时其冲压受力与成形性能要好于另外两种ꎮ但这种排布方式伴随而来的是较大的应变幅度ꎬ这也意味着这种排布方式较另外两种来说更容易产生受力破坏[２３]ꎮ这个结论符合碳纤维复合材料的力学成形原理ꎮ除了这四种为工程上常用的铺层方式以外ꎬ本文还进行了单层０ʎ夹角的复合材料板的热冲压仿真ꎮ最后的现象也合理地解释了复合材料板冲压成形的原理ꎬ即当碳纤维受力后ꎬ其纤维方向上几乎没有拉伸形变ꎬ而是产生位移ꎮ所以在宏观上ꎬ板材显示出来的就是纤维方向上的板材的收束形变ꎮ２.３㊀复合材料的板间层数对冲压工艺的影响本研究设置了５组铺层层数ꎬ设定总厚度一定ꎬ即铺层层数越多ꎬ每一铺层就越薄ꎮ此处拟定最大铺层数为３０ꎬ当铺层数超过３０的时候ꎬ每一层的厚度均降至０.０１ｍｍ以下ꎬ已经不符合常规的生产要求ꎮ同时ꎬ由于本研究主要讨论的是碳纤维复合材料的纤维排布方向与复合材料板间层数对热冲压的影响ꎬ所以对各方向纤维占比受力的影响并未给予考虑ꎮ由１２层复合材料板冲压应力云图(图４)及表２㊁表３分析可知ꎬ当总厚度一定时ꎬ板间层数相对于铺层方式来说ꎬ对冲压性能的影响不大ꎮ其中细微差别可以通过纵向对比来发现:冲压过程中的应力一般随着板间铺层的层数上升而上升ꎮ其主要原理是由于铺层层数变多ꎬ板料的稳定性也会越来越好ꎬ而且由于层数增多ꎬ使得其总层间摩擦力增大ꎬ这也会对冲压受力的情况带来一定的影响ꎮ所以在相同的冲压位移的情况下ꎬ其受力变得更高ꎮ因此也可以认为板间层数对碳纤维增强复合材料板的冲压性能影响较小ꎬ与板间连续纤维排布角度相比ꎬ板间层数的影响可以忽略不记ꎮ同时ꎬ因为复合材料板板件的厚度对板材的力学性能有很大的影响ꎬ所以相比于复合材料板间的复合层层数ꎬ复合材料板的厚度对于热冲压的性能影响更大ꎮ３㊀结论ａ.以ＡＢＡＱＵＳ为建模工具ꎬ利用工程常数建模同宏观力学结合的方法构建了碳纤维复合材料高温本构模型ꎮｂ.在选择复合层类型的时候ꎬ 连续壳类型的仿真效果要明显好于常规壳ꎬ更加符合实际的受力情况ꎮｃ.碳纤维增强复合材料的热冲压性能主要取决于复合板层间的夹角排布ꎬ当夹角排布的方式越松散ꎬ纤维之间剪切柔度越高ꎬ则其在高温状态下冲压受力情况就越好ꎻ反之ꎬ当夹角排布的方式越稳定ꎬ则其在高温状态下的冲压受力情况就越差ꎮ其中综合看来是９０ʎ夹角排布时冲压受力较好ꎮｄ.在同样的温度和夹角排布的情况下ꎬ碳纤维增强复合材料板的板间层数对于冲压受力性能的影响不大ꎮ参㊀考㊀文㊀献[１]㊀沈观林ꎬ胡更开ꎬ刘彬.复合材料力学[Ｍ].北京:清华大学出版社ꎬ２０１３:４－２０.９１第２期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀张华伟等.基于ＡＢＡＱＵＳ的碳纤维复合材料板热冲压成形仿真[２]㊀张琦ꎬ高强ꎬ赵升吨.碳纤维复合材料板热冲压成形试验研究[Ｊ].机械工程学报ꎬ２０１２ꎬ４８(１８):７２－７４. [３]㊀堵同亮ꎬ彭雄奇ꎬ郭早阳ꎬ等.碳纤维编织复合材料冲压成形实验与仿真分析[Ｊ].功能材料ꎬ２０１２ꎬ１６(４４):２４０１－２４０４.[４]㊀代少俊.高性能纤维复合材料[Ｍ].上海:华东理工大学出版社ꎬ２０１３:４－９.[５]㊀罗益锋.碳纤维复合材料的研发方向和市场开发动向[Ｊ].高科技纤维与应用ꎬ２０１１ꎬ２２(１１):３８－４１. [６]㊀ＺｈａｎｇＱｉꎬＣａｉＪｉｎꎬＧａｏＱｉａｎｇ.Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｒｍａｌｄｅｅｐｄｒａｗｉｎｇｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｗｏｖｅｎｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ[Ｊ].ＪＭａｔｅｒＰｒｏｃＴｅｃｈꎬ２０１４ꎬ２１４(４):８０２－８１０. [７]㊀ＺｈａｎｇＱｉꎬＣａｉＪｉｎꎬＧａｏＱｉａｎｇ.Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅ￣ｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｒｍａｌｓｔａｍｐｉｎｇｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈｅｅｔ[Ｊ].ＴｒａｎｓＮｏｎｆｅｒｒｏｕｓＭｅｔＳｏｃＣｈｉｎꎬ２０１４ꎬ２４(１):２１７－２２３.[８]㊀庄靖东.聚醚醚酮板材热成型性能研究[Ｄ].武汉:华中科技大学ꎬ２０１５.[９]㊀彭孟娜ꎬ马建伟.碳纤维及其在汽车轻量化中的应用[Ｊ].合成纤维工业ꎬ２０１８ꎬ４１(１):５３－５７.[１０]支建海ꎬ钱鑫ꎬ张永刚ꎬ等.国产碳纤维增强树脂基复合材料的界面结合性能研究[Ｊ].合成纤维工业ꎬ２０１８ꎬ４１(４):１４－１７.[１１]张照.碳纤维织物增强聚醚醚酮基(ＣＦＦ/ＰＥＥＫ)航空复合材料的制备及其界面改性[Ｄ].上海:东华大学ꎬ２０１７. [１２]唐见茂.高性能纤维及复合材料[Ｍ].北京:化学工业出版社ꎬ２０１２:１２－１９.[１３]张少实ꎬ庄茁.复合材料与粘弹性力学[Ｍ].北京:机械工业出版社ꎬ２０１１:５３－５５.[１４]庄靖东ꎬ黄志高ꎬ周华民.热成型条件下ＰＥＥＫ力学行为研究与建模[Ｊ].塑料工业ꎬ２０１５ꎬ４３(７):７３－７７.[１５]黄发荣ꎬ周燕.先进树脂基复合材料[Ｍ].北京:化学工业出版社ꎬ２００８:１６８－１６９.[１６]庄茁ꎬ由小川ꎬ廖剑晖ꎬ等.基于ＡＢＡＱＵＳ的有限元分析和应用[Ｍ].北京:清华大学出版社ꎬ２００９:１７－２４. [１７]刘展.ＡＢＡＱＵＳ有限元分析从入门到精通[Ｍ].北京:人民邮电出版社ꎬ２０１５:１９４－２０６.[１８]齐威.ＡＢＡＱＵＳ６.１４超级学习手册[Ｍ].北京:人民邮电出版社ꎬ２０１６:４９２－４９８.[１９]张建伟.ＡＢＡＱＵＳ有限元分析￣从入门到精通[Ｍ].北京:机械工业出版社ꎬ２０１５:２２－７９.[２０]ＣｈｅｎＱｉａｎｑｉａｎꎬＢｏｉｓｓｅＰꎬＰａｒｋＣＨꎬｅｔａｌ.Ｉｎｔｒａ/ｉｎｔｅｒ￣ｐｌｙｓｈｅａｒｂｅｈａｖｉｏｒｓｏｆｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｃｏｍｐｏｓ￣ｉｔｅｓｉｎｔｈｅｒｍｏｆｏｒｍｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｅｓ[Ｊ].ＣｏｍｐＳｔｒｕｃｔꎬ２０１１ꎬ９３(７):１６９２－１７０３.[２１]㊀张衡ꎬ严飙ꎬ龚友坤ꎬ等.碳纤维机织物增强热塑性树脂复合材料热冲压叠层模型[Ｊ].复合材料学报ꎬ２０１７ꎬ３４(１２):２７４１－２７４６.[２２]丁纺纺ꎬ彭雄奇.复合材料用机织物非正交本构模型的半球形冲压成型验证[Ｊ].复合材料学报ꎬ２０１１ꎬ２８(１):１５６－１６０.[２３]韩宾ꎬ王宏ꎬ于杨惠文ꎬ等.碳纤维增强热塑性复合材料盒形件热冲压成型研究[Ｊ].航空制造技术ꎬ２０１７(１６):４０－４５.ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｍａｌｓｔａｍｐｉｎｇｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈｅｅｔｂａｓｅｄｏｎＡＢＡＱＵＳＺｈａｎｇＨｕａｗｅｉꎬＬｉＢｏｈｏｎｇ(ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｎｔｒｏｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＮｏｒｔｈｅａｓｔｅｒｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙａｔＱｉｎｈｕａｎｇｄａｏꎬＱｉｎｇｈｕａｎｇｄａｏ０６６０００)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｓｔａｍｐｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ(ＰＥＥＫ)ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈｅｅｔｗａｓｓｉｍｕｌａ￣ｔｅｄｂａｓｅｄｏｎＡＢＡＱＵＳｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅ.Ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｄｕｒｉｎｇｔｈｅｒｍａｌｓｔａｍｐｉｎｇ.Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｆｉｂｅｒｉｎｔｅｒｌａｙｅｒａｎｇｌｅａｎｄｔｈｅｎｕｍｂｅｒａｎｄｔｈｅｔｙｐｅｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｌａｙｅｒｓｏｎｔｈｅｆｏｒｍａｂｉｌｉｔｙｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｖｅｍｏｄｅｌｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｃｏｕｌｄｂｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｂａｓｅｄｏｎｅｎ￣ｇｉｎｅｅｒｉｎｇｃｏｎｓｔａｎｔｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓꎻｔｈｒｅｅ￣ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｏｌｉｄ￣ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｓｈｅｌｌｗａｓａｍｏｒｅｒｅａｓｏｎａｂｌｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈｅｅｔｔｙｐｅｉｎｌｉｎｅｗｉｔｈｔｈｅａｃｔｕａｌｓｉｔｕａｔｉｏｎꎬｐｒｏｖｉｄｉｎｇａｂｅｔｔｅｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｔｈａｎｏｔｈｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｈｅｅｔｔｙｐｅｓꎻｔｈｅｆｉｂｅｒｉｎｔｅｒｌａｙｅｒａｎｇｌｅｏｆｃｏｍ￣ｐｏｓｉｔｅｓｗａｓｔｈｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｓｔａｍｐｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓꎻｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｏｔｈｅｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｓｗｉｔｈｔｈｅｆｉｂｅｒｉｎｔｅｒ￣ｌａｙｅｒａｎｇｌｅｓｏｆ０ʎꎬ３０ʎａｎｄ４５ʎꎬｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｗｉｔｈｔｈｅｉｎｔｅｒｌａｙｅｒａｎｇｌｅｏｆ９０ʎｓｈｏｗｅｄｂｅｔｔｅｒｓｔｒｅｓｓｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｗｈｉｌｅｔｈｅｒｍａｌｓｔａｍｐｉｎｇａｎｄｗａｓｐｒｏｎｅｔｏｂｅｉｎｇｄａｍａｇｅｄｄｕｅｔｏｈｉｇｈｅｒｓｔｒａｉｎꎻｔｈｅｌａｙｅｒｎｕｍｂｅｒｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｈａｄｎｏｏｂｖｉｏｕｓｅｆｆｅｃｔｏｎｔｈｅｓｔｒｅｓｓａｔａｆｉｘｅｄｔｏｔａｌｔｈｉｃｋｎｅｓｓｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅꎻａｎｄｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｅｆｆｅｃｔｗａｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄｗｈｅｎｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｓｔａｍｐｉｎｇｍｏｄｅｌｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｗｉｔｈｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｓｈｅｌｌａｎｄｉｎｔｅｒｌａｙｅｒａｎｇｌｅｏｆ９０ʎ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｃａｒｂｏｎｆｉｂｅｒꎻｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｒｉａｌꎻｔｈｅｒｍａｌｓｔａｍｐｉｎｇｆｏｒｍａｔｉｏｎꎻｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌꎻｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ０２㊀合㊀成㊀纤㊀维㊀工㊀业㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀２０１９年第４２卷。

基于ABAQUS软件的热冲压成形接触问题分析

基于ABAQUS软件的热冲压成形接触问题分析
热冲压成形是利用高温热处理，使金属材料达到较高的塑性变形能力，从而较容易地
进行成形。

然而，热冲压成形时接触问题是需要考虑的重要因素之一。

ABAQUS软件是一种商业有限元软件，它可以通过数值模拟的方法研究复杂的工程问题。

在热冲压成形中，ABAQUS软件可以通过几何建模、网格划分、材料分析、接触分析等步骤进行分析。

在热冲压成形过程中，接触问题的分析可以通过ABAQUS软件的接触分析模块实现。

首先，在建模时需要根据实际情况确定模型的几何形状和尺寸。

然后，根据材料的实际性质
和参数，选择适当的材料模型进行材料分析。

接着，将模型进行网格划分，利用ABAQUS软件的独特算法对模型进行离散化计算。

对于接触问题的分析，ABAQUS软件的接触分析模块可以通过多种算法来解决，包括接触压力算法、摩擦力算法、接触刚度算法等。

通过这些算法可以得到模型在变形过程中接
触面的分布情况，进而分析接触界面的摩擦力、摩擦热等物理量。

需要注意的是，在热冲压成形中，接触问题不仅涉及接触面的摩擦等物理量，还涉及
温度的变化。

因此，针对不同的热冲压成形过程，需要选择适当的热传导算法和接触算法
进行分析。

热冲压成形中的接触问题对成形结果有重要影响，通过ABAQUS软件对接触问题进行数值模拟分析可以帮助人们更好地了解整个成形过程中的物理变化和规律，为优化成形工艺
提供有力支持。

基于ABAQUS软件的热冲压成形接触问题分析

基于ABAQUS软件的热冲压成形接触问题分析一、引言热冲压成形是一种常用的金属成形工艺，主要用于生产复杂形状的零部件。

在热冲压过程中，工件与模具之间的接触问题是非常重要的，直接影响到成形件的质量和工艺效率。

研究热冲压成形接触问题对于提高生产效率和降低成本具有重要意义。

本文将基于ABAQUS 软件，对热冲压成形中的接触问题进行分析，并探讨其影响因素及解决方法。

二、热冲压成形接触问题在热冲压成形过程中，工件与模具之间存在着接触，这种接触是通过接触力来传递加工力的。

接触力的大小和分布会直接影响到成形件的质量和表面粗糙度。

热冲压成形中的接触问题成为了研究的重点。

热冲压成形中的接触问题主要包括接触压力的分布、接触面积的变化以及热量的传递等。

通过对这些问题的分析，可以优化成形工艺，提高生产效率和产品质量。

ABAQUS是一种常用的有限元分析软件，可以对复杂的工程问题进行模拟和分析。

在热冲压成形接触问题的研究中，ABAQUS提供了丰富的功能和工具，可以对接触力的分布、接触面积的变化以及热量的传递进行模拟和分析。

通过建立热冲压成形的有限元模型，可以对接触区域的接触力进行分析。

ABAQUS可以模拟成形过程中接触力的变化，根据模型的几何形状和材料特性，可以得到接触压力的分布情况。

通过对接触力的分析，可以确定成形过程中的接触状态，从而优化工艺参数，提高成形效率。

ABAQUS还可以模拟成形过程中的热量传递问题。

在热冲压成形中，热量的传递会影响到成形件的温度分布和残余应力。

通过对热量传递的模拟和分析，可以确定热冲压成形的温度场和应力场，从而优化工艺参数，提高成形件的机械性能和表面质量。

热冲压成形接触问题的分析还需要考虑到一些影响因素，包括成形材料的性质、模具的几何形状、成形工艺参数等。

这些因素会影响到接触力的大小和分布，从而影响到成形件的质量和性能。

模具的几何形状也会影响到接触问题。

不同的模具形状会对接触力的分布产生影响，从而影响到成形件的质量和形状。

基于Abaqus数值模拟厚板冲压件回弹影响因素研究

车安全性及寿命[1]。
由塑性原理可知，板材越厚成形件弯曲时变形抗力
越大，且弯曲时体现出来的塑性、应力分布、应变状况、
材料流动状况等也会发生较大的变化，进而体现出与薄
板不一样的回弹特性[2]。基于此，本文拟采用 Abaqus 有
限元软件对 V 形厚板冲压件的回弹过程进行数值模拟，
《模具制造》2024 年第 3 期
1.058 减小到 0.963，降低了 8.9%。
1.06
1.04
1.02
1.00
0.98
0.96
1.0
70
表面会与凹模圆角产生摩擦，增大板材外表面受到的拉
回弹量/mm
2.0
50
60
W 数值/mm
对于 V 形件而言，成形时板材流入凹模时，板材外
大，回弹数值增加的幅度明显增加。
2.5
40
（3）摩擦系数对回弹的影响。
增大到 R15mm，回弹数值达到了 2.617mm，且随着 R 角增
3.0
30
图7
从成形件变形过程及塑性成形原理分析可知，V 形
参数对成形件回弹数值会产生影响，因此，开展了各因
0.5
0.0
影响回弹的因素分析
件 R 角、凹模开口宽度、凸模成形速度、接触摩擦系数等
1.0
0.10
0.12
0.14 0.16
Z 3 个方向的旋转自由度均设置为 0，X 和 Y 方向平动自
由度也设置为 0，Z 方向运动不做约束。凸模施加位移载
（b）
图4
V 形件数值模拟结果
a——成形件应力分布云图
b——成形件应变分布云图
提取了成形件料厚分布云图，如图 5 所示。从图 5
荷，运行时间为 0.1s。网格采用四边形网格，凸模和凹模

基于ABAQUS软件的热冲压成形接触问题分析

基于ABAQUS软件的热冲压成形接触问题分析1. 引言1.1 背景介绍热冲压成形是一种应用广泛的金属加工工艺，通过热冲压设备将金属板料在高温和高压条件下进行塑性变形，形成复杂的零部件。

热冲压成形因其能够提高材料流动性、减轻成形难度和提高零件质量等优点而备受关注。

随着工程领域对高强度、高可靠性零部件需求的增加，热冲压成形技术的研究也日益深入。

在实际生产过程中，热冲压成形接触问题一直是制约该技术进一步发展的关键因素之一。

在复杂的金属成形过程中，工件与模具之间的接触状态直接影响到成形零件的质量和成形稳定性。

针对热冲压成形接触问题的研究显得尤为重要。

本文将利用ABAQUS软件建立热冲压成形接触问题的数值模型，分析其局限性并提出改进方法，以期为解决热冲压成形中的接触问题提供新的思路和方法。

通过本文研究，可以更好地理解热冲压成形过程中的接触问题，提高工件成形质量和生产效率。

1.2 问题提出在热冲压成形过程中，接触问题一直是一个关键的研究领域。

由于材料在高温高压下的复杂变形和流动行为，接触面附近往往会出现复杂的应力和变形场，这可能导致成形品质下降甚至成形失效。

如何准确地描述热冲压成形接触问题，对于提高成形质量和效率具有重要意义。

目前，虽然已经有许多研究对热冲压成形接触问题进行了分析和探讨，但仍存在一些问题有待解决。

传统的理论分析方法往往过于简化，难以准确预测复杂接触条件下的材料行为；而实验方法在成本和时间上均有限制，无法全面地了解接触问题的本质。

利用ABAQUS软件对热冲压成形接触问题进行数值模拟和分析，可以提供一种有效的研究手段。

在本文中，我们将重点讨论基于ABAQUS软件的热冲压成形接触问题分析，探讨其在理论基础、数值模型建立、局限性分析和改进方法等方面的研究内容。

通过对这些问题的深入探讨，可以为提高热冲压成形技术的应用水平和成形品质提供重要参考。

1.3 研究意义热冲压成形是一种在金属材料加工中广泛应用的新型成形工艺，具有高效、节能、高精度等优点。