abaqus铆钉成型
基于ANSYS_LS_DYNA的自冲铆接铆钉腿部尖端几何参数的优化
基于ANSYS/LS-DYN A的自冲铆接铆钉腿部尖端几何参数的优化白玉峰,杜茂华,李露露(昆明理工大学机电工程学院,云南昆明650093)摘要:近年来,自冲铆接作为一种新工艺越来越受到重视和青睐。
本文利用大型有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立的自冲铆接的二维有限元模型进行分析,对铆钉腿部尖端几何参数进行优化,得出了其最优的几何参数。
关键词:自冲铆接;有限元模型;LS-DYNA;参数研究中图分类号:T G44文献标志码:BThe Optimation of Rivet Parameters of SPR based on ANSYS/LS-DYNABAI Y ufeng,DU M aohua,L I Lulu(Faculty of M echanical and Electrical Engineering,Kunming U niver sity of Science and Technology,Kunming650093,China) Abstract:In r ecent year s,self-piercing r iv et ing technolog y is br ought into public attentio n.In this paper,the par ameter s of the leg of the r iv et w ere studies by using2D w ith the finite element model,A NSY S/L S-DYN A,and their optimized v a-l ueswer e obtained.Key words:Self-piercing riv eting,Finit e element mo del,L S-DY NA,Parameter research自冲铆接(SPR,Self-Piercing Riveting)是一种不需要预钻孔连接板料的高速机械紧固法和新工艺,发明于20世纪50年代[1]。
ABAQUS 针对加工成形的解决方案
Forming Analysis—辊压、锻造、钣金、型材、弯管、焊接 ABAQUS针对加工成形的解决方案 前言当前,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。
采用有限元软件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,提高产品成形质量;6.对加工过程中材料流动、模具损伤热的影响积累更多认识。
ABAQUS 产品源于为世界一流公司解决传统有限元软件不能解决或解决不好的问题;产品质量通过ISO-9001认证,美国核工业质量评估(NQA)认证;针对每一个新版本的推出,每天都在进行约30,000次考题的循环验证。
采用ABAQUS进行仿真模拟的目的:9节约开发成本9加快研发速度9提高产品质量ABAQUS的主要功能模块:¾ABAQUS/CAE模块为界面友好的快速交互式的前后处理环境,提供了集成化的建模、分析、监测和控制、以及结果评估的完整功能。
¾ABAQUS/Standard模块主要用于结构静态、动态的线性和非线性分析以及耦合分析。
¾ABAQUS/Explicit模块用于解决瞬态的大变形和高度非线性问题,例如模拟成形分析。
ABAQUS 可以提供:¾433种以上的单元表达式¾40套以上的材料本构模型¾20种以上的分析方式同时,ABAQUS可以针对不同操作系统(Unix, Linux, Windows)进行单机或多机并行运算,节省更多运算时间。
目录前言 (2)第一部分 ABAQUS软件初识 (4)1.1 ABAQUS/CAE用户界面 (4)1.2实时打印输出视图信息 (5)1.3丰富的材料模型 (5)1.4开放的软件接口 (5)第二部分 ABAQUS在加工成形行业中的应用 (8)2.1钢材轧制过程的模拟 (9)2.1.1工字钢成形过程模拟 (10)2.1.2 “L”型钢材轧制过程 (10)2.1.3自适应网格技术的应用 (11)2.1.4飞剪过程 (11)2.2厚板材辊压成形过程的模拟 (11)2.3弯管成形过程的模拟 (12)2.3.1实际加工过程 (12)2.3.2有限元模型 (13)2.3.3圆锥管成形 (13)2.4钣金成形过程的模拟 (14)2.4.1冲压成形的模拟 (14)2.4.2液压成形的模拟 (14)2.4.3起皱模拟 (15)2.4.4掉底模拟 (15)2.4.5压延梗模拟 (16)2.5超塑性材料的深冲压成形模拟 (16)2.5.1各向同性材料和各向异性材料的成形模拟 (16)2.5.2率相关材料和率无关材料的成形模拟 (17)2.6多次成形过程的模拟 (17)2.7点焊、线焊过程的模拟 (18)2.8复杂结构的技术处理 (18)2.9退火过程的模拟 (19)2.10锻造过程的模拟 (19)附录:采用ABAQUS针对型材拉弯的优化设计 (20)第一部分 ABAQUS软件初识1.1 ABAQUS/CAE用户界面1.2实时打印输出视图信息和动画制作1.3丰富的材料模型通用材料属性菜单机械弹塑性属性菜单热属性菜单金属和非金属材料本构模型电效应属性菜单考虑质量耗散特点的属性菜单考虑渗流特性的属性菜单特殊接触类型的属性菜单1.4开放的软件接口ABAQUS/CAE良好的建模功能可以建立复杂的几何模型,也可以导入由第三方优秀CAD软件如Pro/E、UG、CATIA、IDEAS、Parasolid等建立的几何模型。
铆接变形的有限元分析
铆接变形的有限元分析冯晓旻;谢兰生【摘要】铆接技术在飞机制造过程中占有极其重要的地位,而铆接造成铆钉和铆接件的变形会严重影响产品的装配性能和使用寿命.论述了用有限元分析法模拟单个铆钉压铆的动态过程,研究了铆钉和铆接件在压铆过程中的受力和变形情况.【期刊名称】《机械制造与自动化》【年(卷),期】2009(038)002【总页数】3页(P62-63,80)【关键词】压铆;铆接变形;有限元分析【作者】冯晓旻;谢兰生【作者单位】南京航空航天大学,机电学院,江苏,南京,210016;南京航空航天大学,机电学院,江苏,南京,210016【正文语种】中文【中图分类】工业技术·机械制造与研究冯晓曼,等铆接变形的有限元分析铆接变形的有限元分析冯晓晏.谢兰生(南京航空航天大学机电学院,江苏南京 210016 )摘要:铆接技术在飞机制造过程中占有极其重要的地位,而铆接造成铆钉和铆接件的变形会严重影响产品的装配性能和使用寿命。
论述了用有限元分析法模拟单个铆钉压铆的动态过程,研究了铆钉和铆接件在压铆过程中的受力和变形情况。
关键词:压铆;铆接变形;有限元分析中图分类号: T131.1文献标识码:B文章编号:1671-5276( 2009)02-0062-02 RivetDeformationandFiniteElementAnalysis FENG Xiao-min,XIELan-shen ( Collegeof MechanicalandElectrical Engineering, NanjingUniversityof Aeronautics andAstronautics,Nanjing210016,China) Abstract:The riwting technologyoccupiesanimportantplace in airplanemanufacturingandiswidely appliedto it.However,therivet effects quality andperformanceof the assembly.This article analyesfiniteelementanddoesresearchonthedeformationof rivet. Key words:pressureriveting;rwet deformation;finiteelementanalysis 0 引言铆接是一种不可拆卸的连接形式。
Al6063_管件外增量成形工艺研究
第15卷第12期精密成形工程2023年12月JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING19 Al6063管件外增量成形工艺研究肖征宇,杨晨*(南京理工大学机械工程学院,南京 210094)摘要:目的研究6063铝合金管件外增量成形过程,分析管件的成形效果,改进管件成形质量。
方法设置3组目标成形管件,使用Abaqus软件进行成形过程的数值模拟,通过考察成形管件的几何精度、壁厚分布、表面质量、成形力,分析成形质量和可能出现的问题。
通过使用长120 mm、直径50 mm、壁厚1.5 mm的Al6063铝管进行管件外增量成形实验,验证数值模拟结果的可靠性。
结果成形管件会发生管端变形现象,具体表现为管端不圆与轴向伸长,成形件管端椭圆度为10.11%,管端变形程度与成形道次成正比,且在距离管端越近的成形区域,管端变形越明显。
管壁成形区厚度增大并呈现不均匀分布。
成形件管壁直线度偏差为0.34,且表面质量与径向进给量和轴向进给速度成反比,管件的圆角尺寸难以严格控制。
径向力是成形过程中主要的成形力,其大小与工具头直径成正比。
结论管件外增量成形原理可靠,基于此能够实现多种目标管件的成形。
由于成形原理的限制,成形件的成形质量还有很大的提升空间,合理制定工艺参数对提高成形质量十分重要。
关键词:外增量成形;管端变形;表面质量;数值模拟;管件成形DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2023.12.003中图分类号:TG376.9 文献标识码:A 文章编号:1674-6457(2023)12-0019-08External Incremental Forming Process of Al6063 Pipe FittingXIAO Zheng-yu, YANG Chen*(School of Mechanical Engineering, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China)ABSTRACT: The work aims to explore the external incremental forming process for 6063 aluminum alloy pipe fittings, ana-lyze the forming effects, and enhance the quality of the formed pipe fittings. Three sets of target fittings were selected, and nu-merical simulations of the forming process were conducted with Abaqus software. The geometric accuracy, surface quality, and forming forces of the formed pipe fittings were analyzed. Experimental research on incremental forming was carried out with AL6063 aluminum alloy pipe fittings with dimensions of 120 mm in length, 50 mm in diameter, and 1.5 mm in wall thickness.The simulation results were validated by physical experiments. The findings indicated that deformation occurred at the end of the formed pipe fittings, resulting in non-roundness and axial elongation. The pipe end ovality of the formed pipe fittings was10.11%. The extent of the end deformation increased proportionally with the number of forming passes, and the deformationwas more pronounced as the forming region approached the end of the fittings. The wall thickness in the forming region exhib-ited uneven distribution with an overall increase. The pipe wall straightness deviation of the formed pipe fittings was 0.34, and the surface quality was inversely proportional to the radial feed rate and axial feed velocity. It was difficult to control the fillet size of pipe fittings accurately. The main forming force during the process was the radial force, which was directly related to the收稿日期:2023-08-21Received:2023-08-21引文格式:肖征宇, 杨晨. Al6063管件外增量成形工艺研究[J]. 精密成形工程, 2023, 15(12): 19-26.XIAO Zheng-yu, YANG Chen. External Incremental Forming Process of Al6063 Pipe Fitting[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2023, 15(12): 19-26.*通信作者(Corresponding author)20精密成形工程 2023年12月tool head diameter. In conclusion, the principle of external incremental forming for pipe fittings is reliable and can achieve the forming of various types of pipe fittings. Due to the limitations of the forming principle, there is still a lot of room for improvement in the forming quality of the parts. It is crucial to develop reasonable process parameters in order to improve the forming quality.KEY WORDS: external incremental forming; end deformation of pipes; surface quality; numerical simulation; pipe forming管类零件具有强度高、灵活性好、节省材料等优点,在当今社会的各行各业中都有着十分广泛的应用。
Abaqus液固耦合-大桶水的跌落分析
Abaqus液固耦合-⼤桶⽔的跌落分析该实例应⽤了abaqus的以下技术:--⽤abaqus/cae中的体积系数⼯具箱来模拟欧拉单元中的材料分布。
--使⽤欧拉-拉格朗⽇接触算法来模拟液体材料流动与结构材料边界的相互作⽤的⾼速动⼒学事件。
--使⽤光滑质点流体动⼒学(SPH)技术在⼀个纯拉格朗⽇环境下,来模拟⾼速动⼒学事件。
问题描述:在消费品包装⾏业中,为了节省使⽤物理模型进⾏实验的时间和成本,使⽤仿真模拟技术是⼀个不错的选择,跌落测试是模拟⼀个物体撞击刚性表⾯,通常被⽤来观察⼀个物体在苛刻环境条件下的响应。
本实例模拟⼀个⼏乎充满⽔的⾼密度的聚⼄烯塑料桶从300mm⾼处以⼀个斜度撞击到刚性地⾯上的响应。
⼀个真实的模拟必须描述出撞击时刻地⾯与塑料桶,⽔与塑料桶之间的相互作⽤⼒,以及塑料桶上⾯的应⼒和应变结果来判断结构的强度⽔平。
⼏何模型和装配体效果图如上图2所⽰,本模型中塑料桶被定义为⼀个有塑性强化的材料模型。
液体⽔被定义为⼀个近乎不可压缩,近乎⽆粘性的⽜顿流体。
整个模型受到重⼒载荷,刚性地⾯完全固定。
整个装配件设置为⽆摩擦的通⽤接触。
具体的模型定义参考abaqus实例⼿册,2.3.2 Impact of a water-filled bottle分析难点:本模型模拟的难点在于液体和固体在撞击的时候的⾼度⾮线性。
分别使⽤液固耦合的分析⽅法和SPH技术来模拟。
流固耦合就是使⽤欧拉单元来模拟流体材料,并使⽤拉格朗⽇单元来模拟结构材料。
结构的边界和流体的边界可以产⽣接触。
并且要模拟欧拉单元内的材料分布。
⽤欧拉单元模拟的分析部件可以克服⼤变形时⽹格严重变形问题。
在欧拉⽹格中,材料在固定的⽹格内流动,在每⼀个增量步中,计算每个单元内的材料分布,也就体积填充率。
通过材料分布来描述流体的变形状态。
因此,欧拉材料边界⽐传统的拉格朗⽇材料边界更适合⽤来描述极度的⼤变形现象,⽐如液体晃动。
⽹格中,使⽤⼀个规则的⽴⽅体来模拟欧拉区域。
ABAQUS在板料激光喷丸成形模拟过程中的应用
Jo hnso n - Coo k (J C) 模型用来模拟高应变率下
的金属材料 。J C 强化模型表示为三项的乘积 ,分别
反映了应变硬化 ,应变率硬化和温度软化 。这里使
用 J C 模型的修正形式[1 ] :
σ=
(A
+ Bεn ) [
1
+ Cln(1
ε +ε0 )
] (1 -
T 3 m)
并使参考应变率ε0 = 1 ,这样公式中的 A 即为材料
可以较为准确地给出喷丸成形中的各种变形参数和 力学参数 ,而且还可以对喷丸成形中可能出现的缺 陷进行预测 ,这样使得喷丸工艺过程与喷丸的设计 工作进入了一个新的高水平阶段 ,同时也促进了材 料喷丸性能的理论研究工作与测试技术的进展 。无 可否认 ,采用模拟与实验相结合的研究方法 ,必将对 激光喷丸成形技术应用于生产实践起推动作用 。
杜建钧 周建忠 杨超君 刘会霞 倪敏雄 张兴权
(江苏大学机械工程学院 , 镇江 ,212013)
提要 针对金属板料激光喷丸成形的特点 ,提出用 ABAQU S 软件进行激光喷丸成形的数值模拟 。分析了有限元模型的 建立和网格的划分 ,激光脉冲的处理和模拟时冲击波的加载换算 ,讨论了在激光喷丸成形模拟过程中边界条件的限制 ,并进 行了相应的模拟试验 。 关键词 激光喷丸成形 ABAQU S 数值模拟
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形的模拟试验时 ,要对整块板料进行多点连续喷丸 , 且每完成一点喷丸需要进行回弹处理 , 而在 ABAQU S/ Standard 进 行 回 弹 后 再 把 模 型 导 入 到 ABAQU S/ Explicit 模块后 ,原模型就不能修改了 , 为了均匀加载 ,所以对板料网格的划分决定了模拟 试验成功的关键 。模拟采用 C3D6 单元 ,网格划分 如图 1 。由于实验时冲击板料的是圆形激光斑点 , 但是在 ABAQ U S 无法建立圆形单元 ,所以采用正 三角形单元 ,这样划分网格的好处是每六个正三角 形能组成一个正六边形 ,而正六边形的面积接近圆 的面积 ,这样能使模拟结果更真实 。
abaqus使用手册[终稿]
Abaqus Example Problems Manual Introduction1 Static Stress/Displacement Analyses2 Dynamic S tress/Displacement Analyses3 Tire and V ehicle Analyses4 Mechanism Analyses5 Heat Transfer and Thermal-Stress Analyses6 Fluid Dynamics and Fluid-Structure Interaction7 Electrical Analyses8 Mass Diffusion Analyses9 Acoustic and Shock Analyses10 Soils Analyses11 Abaqus/Aqua Analyses12 Design Sensitivity Analyses13 Postprocessing of Abaqus Results Files Product Index ABAQUS例题手册介绍1静态应力/位移分析2动态应力/位移分析3轮胎和车辆分析4机理分析5传热和热应力分析6流体动力学和流体结构相互作用7电气分析8质量扩散分析9声和冲击分析10土壤分析11 ABAQUS /水族分析12设计灵敏度分析13后处理结果文件产品索引2 Dynamic Stress/Displacement Analyses2.1 Dynamic stress analyses2.1.1 Nonlinear dynamic analysis of a structure with local inelastic collapse2.1.2 Detroit Edison pipe whip experiment2.1.3 Rigid projectile impacting eroding plate2.1.4 Eroding projectile impacting eroding plate2.1.5 Tennis racket and ball2.1.6 Pressurized fuel tank with variable shell thickness 2.1.7 Modeling of an automobile suspension2.1.8 Explosive pipe closure2.1.9 Knee bolster impact with general contact2.1.10 Crimp forming with general contact2.1.11 Collapse of a stack of blocks with general contact 2.1.12 Cask drop with foam impact limiter2.1.13 Oblique impact of a copper rod2.1.14 Water sloshing in a baffled tank2.1.15 Seismic analysis of a concrete gravity dam2.1.16 Progressive failure analysis of thin-wall aluminum extrusion under quasi-static and dynamic loads2.1.17 Impact analysis of a pawl-ratchet device2.1.18 High-velocity impact of a ceramic target 2动态应力/位移分析2.1动态应力分析2.1.1非线性动力分析与当地的非弹性坍塌的结构2.1.2底特律爱迪生管鞭实验2.1.3刚性弹丸撞击侵蚀板2.1.4冲刷弹丸冲击侵蚀板2.1.5网球球拍和球2.1.6加压燃料箱具有可变壳厚度2.1.7建模的汽车悬架2.1.8爆管封2.1.9膝垫与一般的接触碰撞2.1.10压与一般的接触形成2.1.11折叠堆栈与通用接触块的2.1.12木桶降与泡沫冲击限制器2.1.13斜的影响铜棒的2.1.14水晃荡在挡板罐2.1.15抗震分析混凝土重力坝2.1.16渐进失效分析准静态和动态载荷作用下薄壁铝型材挤压2.1.17的影响分析一个棘爪棘轮装置2.1.18高速冲击陶瓷靶2.2 Mode-based dynamic analyses2.2.1 Analysis of a rotating fan using substructures and cyclic symmetry 2.2.2 Linear analysis of the Indian Point reactor feedwater line2.2.3 Response spectra of a three-dimensional frame building2.2.4 Brake squeal analysis2.2.5 Dynamic analysis of antenna structure utilizing residual modes 2.2.6 Steady-state dynamic analysis of a vehicle body-in-white model 2.3 Eulerian analyses2.3.1 Rivet forming2.3.2 Impact of a water-filled bottle using Eulerian-Lagrangian contact 2.4 Co-simulation analyses2.4.1 Closure of an air-filled door seal2.4.2 Dynamic impact of a scooter with a bump2.2模式为基础的动态分析2.2.1分析用子结构和循环对称旋转的风扇2.2.2线性分析印度点堆给水线2.2.3响应谱三维框架建设2.2.4制动尖叫分析2.2.5动态分析天线结构的利用残余模式2.2.6稳态动态分析汽车车身的白色模型2.3欧拉分析2.3.1铆钉形成2.3.2影响采用欧拉- 拉格朗日接触的充满水的瓶子2.4协同仿真分析2.4.1封闭的充气门封2.4.2动态影响与凸起的摩托车。
无头铆钉干涉配合铆接干涉量建模与仿真分析
无头铆钉干涉配合铆接干涉量建模与仿真分析050111卓越班张利侯国义唐磊周少艺【摘要】:干涉量铆接是指通过铆接工艺过程,使整个夹层厚度内的钉孔获得均匀干涉量的铆接方法。
而干涉量的大小对于被铆工件的疲劳寿命有很大的影响,干涉量过大或过小都是不利的。
本文主要通过运用有限元分析软件ABAQUS进行无头铆钉干涉配合压铆铆接建模与仿真,分析了在一定铆后高度下纵向多点的绝对干涉量和相对干涉量,并对干涉量分布进行了分析。
关键词:干涉配合,有限元,abaqus,铆接以碳纤维增强型复合材料为代表的复合材料具有高比强度、高比刚度以及良好的抗疲劳性等优点,已在航空航天等领域得到广泛应用。
同时,由于铝合金具有强度高、加工性好、技术成熟等特点,传统铝合金结构在航空产品中仍然大量使用,因此出现了大量的CFRP/AI复合构件。
另外在飞机结构中CFRP/Al结构大量以薄壁件的形式出现,其连接方式主要为铆接,因此铆接质量关系到飞机的疲劳寿命和安全性能。
而影响铆接质量的因素有很多,如干涉量、铆接力等。
其中干涉量至关重要,干涉量不仅影响工件的疲劳寿命,而且对铆接件孔周残余应力也有影响(适当的残余应力可提高疲劳寿命)。
然而,目前在飞机制造过程中,干涉量的计算往往根据经验公式或实验方法来得到。
使用经验公式所计算的干涉量误差较大,而且对铆接后铆钉的尺寸不能提前预判;实验方法成本昂贵,耗费时间。
与铆枪多次锤击相比,压铆用静压力镦粗钉杆形成镦头,铆接质量稳定,易于保证连接表面质量,工件变形较小,提高了劳动生产率,但形成的干涉量由于实验条件和具体的试验规程限制,且实验的方法费时费力,作为学生的我们无法通过实验的方法得到干涉量,对于学生学习认知的帮助不大,综上考虑,本小组决定采用有限元模拟的方法对一定压铆力作用下孔的干涉量进行研究。
1)有限元模型的建立过程为计算一定压铆力前提下孔的干涉量大小,本文采用有限元分析软件ABAQUS对压铆过程进行仿真分析,观察压铆完成后干涉量随圆周的变化,进而得出压铆干涉量的相对量和绝对量,并计算其平均值。
电磁铆接过程的有限元分析
Hale Waihona Puke 南京航空航天大学硕士学位论文
摘 要
铆接技术在飞机制造过程中占有极其重要的地位,而铆接造成铆钉和铆接件的变形产生的 残余应力严重影响产品的装配性能和使用寿命,残余应力对于构件的疲劳强度、应力腐蚀、形 状精度等等均有重大的影响,铆接产生的残余应力场直接影响到铆钉连接处周围的疲劳裂纹的 产生和扩散。电磁铆接是基于电磁成形技术并结合传统铆接工艺发展起来的一种新型工艺,铆 接过程中材料的应变率高,铆钉材料的变形方式与普通铆接过程中材料的变形方式不同。如何 确定残余应力的大小,调整残余应力的分布、减少或消除残余应力对工程的危害,已成为人们 广泛关注的问题。 本文采用 ABAQUS软件建立铆接过程有限元模型,对铆接过程进行了有限元模拟,探讨 了在不同铆模位移下的铆钉孔周围残余应力的分布情况以及最大残余应力数值,从理论上分析 了减小铆模位移可以增大钉杆与铆钉孔之间的压力,随着铆模位移的增加铆钉孔周围残余应力 数值会减小,而铆接成形后铆钉镦头中的最大剪应力数值会增加;此外还分析了不同铆模角度 对模拟结果的影响,从理论上分析了随着铆模角度的减小,铆钉钉杆与铆钉孔之间的压力随着 增大,而铆钉孔周围残余应力数值则随着铆模角度的减小而减小,铆接成形后铆钉镦头中的最 大剪应力数值随着铆模角度的减小而减小;通过金相图对比了电磁铆接与自动压铆两种情况下 铆钉中的材料流动情况。 关键词:电磁铆接,铆接变形,铆接过程,有限元分析,残余应力
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电磁铆接过程的有限元分析
ABSTRACT
Riveting is an important technology in the aircraft manufacture. However, riveting deformation is a key problem, which effects quality and performance of the assembly. Electromagnetic riveting is a new kind of technology that is based on electromagnetic forming and traditional riveting technologies, during the riveting process, the strain rate of metal material is high and the mode of the deformation of rivet material is different from that of conventional riveting methods. More and more people know the importance of the problems that are impacted by the residual stress, the residual stress has significant impact on the fatigue strength of component, stress corrosion, shape accuracy and so on. How to change the distribution of residual stress and reduce the harm of residual are very important. The processes of riveting with different displacement of rivet die have been analyzed by the finite element method, dynamic riveting process has been simulated by using ABAQUS program. The effects of the different displacement of die on the distribution of residual stress around the rivet hole were investigated. The results show that the pressure between the rivet and the rivet hole would be increased with the reduce in the displacement of rivet die, and the residual stress would be reduced with the increase in the displacement of rivet die. Through the data of numerical simulations, relations between the displacement of the die and quality of the formed head of rivet are analyzed. The process of riveting with different angle of rivet die have been also analyzed by the finite element method, the results show that the pressure between the rivet and the rivet hole would be increased with the reduce in the rivet die angle, and the residual stress would be reduced with the reduce in the rivet die angle, relations between the angle of rivet die and quality of the formed head of rivet are also analyzed. Then through the microcosmic analysis, the difference between the electromagnetic riveting and the pressing rivet are investigated. Keywords: Electromagnetic Riveting, Rivet Deformation, Riveting Process, Finite Element Method, Residual Stress
Abaqus的CAE交流
Abaqus交流
参与人员:钱让发、袁波交流内容:ABAQUS断裂仿真过程中,断裂参数如何设置,以及数据的后处理方法
仿真项目:SPR的铆接过程仿真
SPR介绍:SPR(自冲铆)整个铆接过程分为四部分:
第一阶段:夹紧阶段
压边圈向下运动夹紧待铆接材料,同时铆钉向下对板材进行预压紧。
第二阶段:冲裁阶段
铆钉向下运动刺穿上层板件,与此同时铆钉驱使下层板件向钉模发生塑性变形。
第三阶段:扩张阶段
下层板料逐渐填充钉模,铆钉向四周扩张形成铆钉与板料之间互锁结构;第四阶段:冲铆完成
冲铆将铆钉下压直至铆钉头部与上层板料的上表面紧密接触且平齐,铆接完成,同时压边圈释放压边力。
仿真过程遇到的问题:
二维与三维的区别
在仿真过程中,铆钉需要刺穿上层板件,这就需要对板件的断裂及失效进行设置。
查资料以及simwe论坛,发现需要对板件设置ductile damage参数以及shear damage参数,这两个参数是如何得到的,并且他们的意义是什么?
在仿真过程中,出现钉与板件未接触,板件就发生变形且产生应力这是怎么回事?
质量缩放、ALE网格自适应增强沙漏意义及如何设置
如何对压边圈施加力的约束?
网格划分变密为何导致计算不收敛?(aborted with system code 3)
如何减小仿真与实验结果的误差?(方法或途径)。
基于Python的ABAQUS二次开发在飞机蒙皮锤铆中的应用
基于Python的ABAQUS二次开发在飞机蒙皮锤铆中的应用陈彦海;秦运海;姜春英;康玉祥;叶长龙【摘要】在飞机蒙皮锤铆中,铆钉的变形需要几十次冲击才能实现,锤铆活塞初速度载荷加载循环问题为分析过程带来了困难.提出利用ABAQUS中Python极强的扩展性,通过二次开发得到连续锤铆过程自动分析的软件方法.通过对初速度、分析时间、冲击次数等输入参数的调整,自动完成锤铆仿真分析,使铆钉达到变形要求.与手动单次迭代方法比较,所提出的软件方法及相应仿真程序在保证镦头成型要求情况下极大地提高了锤铆仿真分析的效率,为后续研究工艺参数优化与铆接质量评价等问题带来指导与便利.与锤铆工艺试验的对比分析,验证了仿真结果的正确性.【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2018(061)016【总页数】6页(P96-101)【关键词】锤铆;ABAQUS二次开发;飞机蒙皮;仿真分析;有限元模型【作者】陈彦海;秦运海;姜春英;康玉祥;叶长龙【作者单位】沈阳航空航天大学机电学院,沈阳110136;沈阳航空航天大学机电学院,沈阳110136;沈阳航空航天大学机电学院,沈阳110136;沈阳航空航天大学机电学院,沈阳110136;沈阳航空航天大学机电学院,沈阳110136【正文语种】中文在飞机蒙皮铆接技术中,锤铆是用一个小冲击力循环累计施加到铆钉使之变形的过程。
根据锤铆铆接工艺和铆枪结构原理,铆钉的塑性变形是由铆枪的活塞循环碰撞冲锤而多次冲击铆钉产生的,铆枪活塞的冲击速度直接影响铆钉的变形量。
针对飞机蒙皮铆接仿真技术,国内外学者做了深入研究。
Blanchot等[1]提出了铆钉铆接的3种有限元模型;Zhang等[2]使用ABAQUS软件模拟了压铆过程;刘平等[3]对压铆过程阶段划分并进行仿真分析;郭庆等[4]利用SolidWorks和COSMOS软件研究了铆钉的应力集中系数; Manes等[5]和Atre等[6]研究了铆接件疲劳寿命的主要影响因素。
ABAQUS在金属成型中的应用
北京航空航天大学板材成形研究中心
演示内容
板材拉深成形极限高度分析 液压橡皮成形中加强筋成形极限分析 板材反拉深成形模拟
一. 板材拉深成形极限高度分析
该 算 例 是 国, 际 会 议 NUMISHEET 99 的一 个BENCHMARK,用 于计算不同材料不同拉 深系数时的最大压边力, 成形力曲线以及应变分 布。
板料最大主应变分布 The maximum strain contour of the blank
板料最大主应力分布 The maximum stress contour of the blank
板料应变状态图
三. 板材反拉深成形模拟
正拉深模具的运动及网格变形
反拉深模具的运动及网格变形
正拉深后板料上的MISES应力分布
45
Blank
B C
B: Draw-in at 45
45
C: Draw-in at 0
s : cu rvilinear abscissa along the line A, B or C .
R olling D irection RD s
ε1 ?
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A
45°
B
45°
C
RD
计算内容定义(一)
最大拉深高度、最 大成形力及最大压 边力
Depth
N e c k in g / s p littin g o c c u r
Punch force
Blankholder force
M a x im u m ?
Maximum
Punch travel
β1
β2 D r a w in g r a tio β
abaqus钣金冲压成型例题讲解II
钣金成型例题讲解II一、背景在上一章中,我们针对ABAQUS模拟成型问题的过程进行了详细的介绍,其中最重要的环节莫过于用户对于实际问题的物理过程的把握。
在成型工艺上,过去很多生产厂习惯于一次成型完毕,好处是成型时间短、生产进度快,免去了二次成型的麻烦,但不足之处是操作人员多,劳动强度大,质量不易控制。
随着加工技术的不断发展,成型件的尺度不断加大,一次成型的弊端日渐引起重视。
为了保证质量,有的单位采用了国外常用的多次成型法,即成型件的最终形状分为若干个成型步来完成,每次成型其中的一部分。
很多实际钣金件的成型加工过程都是经过若干次成型来完成的,这些多次加工过程中,最简单的情况就是二次成型过程。
这种加工方法的好处是质量容易控制,但也存在一些问题如施工周期长,需采用专用的适于多次成型的模具,因而,在批量小、模具少的情况下不宜采用。
本章我们将对更为复杂的成型问题进行重点描述,经过本章例题的操作,用户将对ABAQUS在钣金成型方面的应用有更为深刻的认识。
二、问题的描述本例题所模拟的问题,是某实际钣金成型件的实际加工过程。
该过程包括两次成型分析,而实际的模拟步骤分为七步来完成:1.定位第一套模具的空间位置;2.定位坯料在第一套模具上的相对位置;3.进行第一次成型;4.成型之后第一套模具的上下模分离;5.定位初次成型之后的半成品料在第二套模具上的相对位置,为了使用户视图区域简洁明了,我们在该分析步中人为的加入一个操作,即移开第一套模具,让第二套模具在试图前部;6.进行第二次成型;7.成型之后第二套模具上下模分离。
图1为钣金件实际成型后的形状,图2为第一套模具示意图,图3为第二套模具示意图。
首先,我们将通过ABAQUS/CAE完成图4所示的装配图,其中平面铝板将被冲压成型为图1的结构。
图1图2图3图4三、建立模型3.1创建第一套成型模具1、首先运行ABAQUS/CAE,在出现的对话框内选择Create Model Database。
铆钉生产工艺过程
铆钉生产工艺过程铆钉是一种常用的连接件,广泛应用于机械、汽车、航空航天等行业。
铆钉生产工艺过程包括原材料准备、冷镦、拔丝、切割、钝化、表面处理、组装、检验等环节。
首先是原材料准备。
铆钉的主要原材料是高强度低碳钢线材,通过选材、切割、分类等工序准备好合适的材料。
接下来是冷镦工艺。
冷镦是将钢线材经过一系列工序加工成具有规定尺寸和形状的铆钉。
工人将钢线材放入冷镦机中,通过不停的压制和挤压,使钢线材逐步成型,并在一定程度上提高了钢材的强度。
然后是拔丝工艺。
拔丝是通过将加工好的钢线材通过模具拉制,使其直径更加细小,提高其强度和韧性。
拔丝过程中,操作者需要控制好拉制的力度和速度,以确保铆钉的质量。
接下来是切割工艺。
将拔丝后的钢线材进行切割,根据铆钉的要求进行加工,使其长度和头部形状符合要求。
接下来是钝化工艺。
钝化是一种防腐蚀处理的方法,通过在铆钉表面生成一层氧化膜来提高其耐腐蚀性能。
钝化的方法有化学钝化和电化学钝化两种,可以根据不同的需求选择合适的方法。
然后是表面处理工艺。
表面处理可以提高铆钉的外观质量和耐腐蚀性能。
通常采用镀锌、镀镍等镀层处理,使铆钉更加美观和耐用。
最后是组装和检验工艺。
将经过以上工艺流程加工好的铆钉进行组装,将头部和杆部连接起来。
组装完成后,需要进行质量检验,检查铆钉的尺寸、外观和性能是否符合标准要求。
以上就是铆钉生产工艺过程的基本流程。
在整个生产过程中,需要严格控制每个环节的工艺参数,确保铆钉的质量和性能符合要求。
同时还要注重设备的维护和升级,提高生产效率和产品质量。
铆钉生产工艺过程的规范化和标准化,对于保证铆钉在应用中的安全可靠性和经济性至关重要。
带你逐一击破ABAQUS多样的钣金成型仿真
带你逐⼀击破ABAQUS多样的钣⾦成型仿真随着⽣产制造⽔平的提⾼,很多产品对精度、成本的要求也越来越⾼,过去的依靠经验+试验的⽅法,进⾏模具制造和加⼯控制已越来越不能满⾜⼯程需要。
引进数字化模拟技术,利⽤CAE软件分析和优化⽣产制造⼯艺势在必⾏。
ABAQUS软件凭借其强⼤的仿真优势,能够很好地解决材料成型中所涉及的冲击、⼏何⾮线性、接触⾮线性等⼤变形问题。
ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit的⾮线性功能及显⽰分析和隐式分析功能的完美结合,可获得常规⽅法难以获得的⾦属成形过程中的温度场、应⼒场、应变场及回弹量等⼯艺参数,为提⾼⼯件的加⼯质量、选取设备吨级、制定合理的⼯艺过程提供依据。
1. 冲压成型分析ABAQUS具有丰富的弹塑性本构材料模型和各向异性材料模型,后者主要针对板材的各向异性性质。
冲头(冲模)的运动既可以⽤变形体也可以⽤刚体来模拟,各种摩擦模型和丰富的接触算法可⽤来处理任意复杂的三维接触⾯问题。
同时,为了处理板材成型过程可能遇到的⽹格畸变问题,ABAQUS还提供了⽹格⾃适应算法。
2. 蒙⽪拉伸成型ABAQUS提供了强⼤的处理⼏何⾮线性的功能。
可以模拟蒙⽪拉伸成型的局部⼤位移、⼤转动,以及复杂的接触算法(包括刚体-刚体,刚体-变形体,变形体-变形体,其中刚体表⾯还可以是解析刚体⾯),并可以实时计算相应的模具反⼒。
3. 橡⽪囊成型ABAQUS提供丰富的材料本构模型,仅橡胶材料,就多达16种。
同时可以很好的模拟橡⽪囊成型过程中的⾮线性问题,强⼤的接触算法,能够模拟任意复杂三维模型的接触问题,以及复杂的接触属性包括摩擦系数,摩擦⽣热等等。
4. 超塑成型⽬前⼏乎所有的⾦属材料中都发现了超塑现象,尤其以钛合⾦超塑成型⼯艺,在航空航天上应⽤更多。
ABAQUS提供了多种本构模型适⽤于对各种超塑材料的研究,如率⽆关材料、率相关材料、各向异性材料和各向同性材料。
5. 弯管成型弯管成型有冷加⼯和热加⼯两种,ABAQUS具有强⼤的热固耦合分析功能,包括:稳态热传导和瞬态热传导分析,顺序耦合热固分析,完全耦合热固分析,强制对流和辐射分析,热界⾯接触,热电耦合等等。
铆接工艺参数分析
铆接工艺参数分析第6期2011年6月机械设计与制造MachineryDesign&Manufacture24l 文章编号:1001—3997(2011)06—0241—02铆接工艺参数分析张洪双(河海大学机电工程学院,常州213022)Analysisonrivetingprocessparameters ZHANGHong-shuang(MechanicalandElectricalEngineeringCollege,HohaiUniversity,Changzhou 213022,China)【摘要】为了充分了解铆接后铆钉及被连接件的残余应力分布状态,以及精确分析残余应力和铆接工艺参数之间的关系,采用非线性有限元分析软件ABAQUS建立了铆钉连接的参数模型,通过准静态方式模拟了铆钉进接时铆钉乖r被连接件的变形过程.根据分析结果建立了残余应力和铆钉.钿杆长度及钉孔间隙之间的关系式和关系曲面.结果表明,残余应力随着钉杆长度的增加而增大,而随着钉孔间隙的增大而减小,增加钉杆长度或减小钉孔间隙可有效增大残余应力,为实际的铆钉连接工艺过程提供了有益的指导.关键词:铆接;工艺参数;准静态;残余应力;有限元分析【Abstract】/nordertofuunderstandthedistributionofresidualstressandtherelationshipbe tweenresidualstressandprocessparametersduringrivetingnon-linearfiniteelementsod4twareABAQUSisappl&dtoestablisharivetingmodelthroughwhichdeformingprocessforrivetingtheb oltwithconnectedmembersissimulatedwithQuasi--staticmethod.Thenrelationshipandcurvebetweenresidualstressandrivetlength /holeclearanceareestablishedaccordingtothesimulationswhichresuhsshowthatr esidualstressincreasesorde-creaseswiththeincreasingofrivetlengthandpinholesclearancerespective, whilewiththeincreasingofdecreasingoftheclearoltce,increasesthelengthofrivetorFedncestheclear ancemayincreaseeffectivetheresidualstresswhichprovidesthepracticalrivetingprocesswithhelpfulgui dance. Keywords:Rivet;Processparameter;Quasi-staticmethod;Residualstress;FEA 中图分类号:TH16,U671.85文献标识码:A 1引言作为常用的一种固定连接方式,虽然铆接连接存在降低构件强度,容易引起变形,增加结构重量,疲劳强度低等缺点,但是铆接工艺过程简单,连接易于实现自动化,能适应各种不同材质的构件之间的连接,因此铆钉连接在航空,汽车,家电等领域的应用仍然非常广泛.按照铆接的用途铆接可以分成普通铆接,密封铆接,特种铆接等.普通铆接工艺过程最为简单,方法成熟,应用最广.密封铆接用于结构要求防止漏气,漏水,漏油的部位,工艺过程比较繁琐,需要敷设密封材料,而且密封材料对施工温度,湿度和环境有较高的要求.特种铆接主要用在结构的主要受力,不开敞,封闭的部位,铆钉结构复杂,制造成本高,应用范围较窄,主要有环槽铆钉,高抗剪铆钉,空心铆钉,抽心铆钉,冠头铆钉等【lj.根据铆接工具设备的不同铆接可以分成手铆法,锤铆法,压铆法,自动钻铆法.手铆法和锤铆法的工作效率低,铆接质量不稳定,噪音大,工作环境差.压铆法借助压铆设备使钉杆成型,钉杆均匀镦粗而填满钉孔,质量稳定,效率高,劳动条件好.自动钻铆法主要适用于无头铆钉的干涉配合铆接,质量高,效率高,设备复杂,价格昂贵. 铆钉是一种分散的连接方式,在传递局部载荷时容易形成应力集中从而加速疲劳损坏.铆接过程中在铆钉孔周围产生的残余应力可有效提高铆接结构的疲劳寿命.铆钉连接是严格按照工艺流程进行的一种连接方式,随着铆接技术的发展以及铆接自动化的应用使得铆接过程具有很高的一致性,使得在设计阶段考虑残余应力对疲劳损坏的影响成为了可能.因此了解铆接残余应力和工艺参数之间的关系,使得铆钉孔的残余应力均匀分布具有十分重要的意义[2--51.通过有限元方法对铆接过程进行分析,对成型过程中的工艺参数进行比较,分析了工艺参数对铆接残余应力的影响,为进一步分析铆接疲劳寿命奠定了基础.2金属塑性理论基础2.1屈服准则屈服准则用于确定材料产生屈服时的临界应力状态.根据不同的应力路径进行实验,可以区别从弹性阶段进入塑性阶段的各个屈服点.在应力空间将这些屈服应力点连接起来,就形成一个区分弹性和塑性的分界,称为屈服面.描述这个屈服面的数学表达式称为屈服函数或屈服准则.当应力点位于屈服曲面之内时()<o),材料处于弹性状态;当应力点位于屈服曲面上时(~)---0),材料开始屈服进入塑性状态.实际应用中有多种屈服准则,常用的是VonMises准则.标准的VonMises准则可以由式(1)来表示:,()=o---o-=V~--tr--0(1) 式中:—应力不变量,表示为=;—应力张量,表示为= }岛;—材料的简单拉伸试验屈服强度.2.2流动准则流动准则用来确定塑性应变分量在塑性变化时的大小和方向.流动准则采用塑性势函数的微分形式如式(2)所示: ?来稿日期:2010-08—24-k基金项目:河海大学常州校区博士启动基金(2009—2011)242张洪双:铆接工艺参数分析第6期dg=等+d+(2).ij式中:—总应力;一总塑性应变;一硬化参数.如果dg<o,表明是指向屈服表面的纯弹f生变化,塑性应变或硬化参数没有变化;dg=o为中性加载,dg>O表示发生塑l生流动.当和k不变时,中性加载时do'ii将与表面相切;塑性流动时d.将指向表面外侧.2.3硬化准则硬化准则用来描述屈服面是如何改变的,以确定后续屈服面的新状态.铆接成型中使用等向硬化模型.对于各向同性硬化, 屈服表面依据它原来的位置与形状同比例增长,塑性应变增量可表示为:d《=(3)采用VonMises准则,流动准则和各向同性硬化准则最终可得到弹塑关系,根据给定的总应变量计算出相应的应力增量. 3铆接有限元模型3.1模型尺寸及材料参数整个模型为回转体结构形式,适合采用轴对称模型,建模方式简单,可极大的提高分析速度.压铆头和铆钉以及被铆接件相比变形量很小,可认为是理想的刚体,可用解析刚体构建.研究模型如图 1所示.包括1个铆钉,2个被连接件和1个压铆头.铆接模型为沉头铆钉,采用典型的压铆铆接工艺过程.铆钉材料为7050,弹性模量74000MPa,泊松比0.3.被铆接板材料为45#钢,弹性模量 21000MPa,泊松比0.4.ABAQUS有限元软件求解分析零件的塑陛变形时,采用材料的自然应力和自然应变.为避免产生体积自锁,引起单元的响应过于刚硬,采用CAX4R单元模型.铆接模型及被铆接件的主要尺寸数值,如表1所示.图1铆接模型尺寸3_2准静态分析方法成形加工中的模型运动速度较慢,属于静态分析的范畴.但成形加工是大变形的复杂接触问题,如果用ABAQUS/Standard进行静态分析,计算时间长,常常无法收敛.这里可采用ABAQUS/ Explicit进行准静态分析.准静态是用慢速运动的ABAQUS/ Explicit动态模拟静态问题,其关键是要设置合适的加载速度,分析步时间和质量缩放系数等模型参数,避免加载速度过暾的局部变形问题,使结果尽量接近静态分析的结果,否则即使能够得到分析结果,其计算结果往往也是错误的.判别模型中的运动速度是否过陕的—个重要标准是分析过程中模型的动能不应超过内能的(5, l0)%.铆接分析中,分析步时间取0.1s,质量放大系数1000倍. 表1铆接模型尺寸名称数值ram)钉杆直径钉杆长度被铆接件厚度铆钉孔直径4.09.35.04.13.3边界条件以及接触的定义铆钉成形过程通过压铆头的位移来实现,根据铆钉的外伸量取值,在钉汗长度为9.3mm时,压铆头向上移动距离为3mm,短暂保压后向下移动0.1mm.在压铆头匕设置参考点,根据参考点上反作用力的大小,可评估压铆力的大小.接触过程在力学上常常涉及材料非线性,几何非线l生和接触界面的非线I生.在有限元分析中,接触条件是一类特殊的不连续约束,允许载荷从模型的一部分传递到另一部分.ABAQUS/Explicit提供了2种算法来模拟接触问题:通用接触算法和接触对算法.采用接触对算法定义板件1和板件2之间的接触;铆钉和板件1,2的接触;铆钉和压铆头之间的接触.接触采用有限滑移公式.主面选择在板件上,从面选择在铆钉上. 4成型过程及残余应力分布根据以上的定义对铆接过程进行分析求解,铆接后的残余应力及铆接过程中动能和内能的比值,如图2,图3所示.残余应力的存在可有效的提高连接的寿命和强度.图2铆接的残余应力在铆接过程中,内能反应的是变形程度.由于塑性变形产生大量的能量,系统内能随着变形的增大而增加.动能反应的是运动速度,系统动能随着运动速度的增加而增加.从动能和内能的比值曲线可知,在分析的过程中,动能只是内能的一个非常小的部分,基本可以忽略不计,说明采用准静态方式对铆接过程进行分析时所设置的参数是合理的.图3铆接过程中动能和内能的比值5工艺参数分析残余应力的大小和铆钉的长度,钉杆和钉孔的间隙大小等因素有关.对铆接中铆钉长度以及钉杆和钉孔的间隙取不同的数值进行分析,可进一步了解铆接残余应力的变化规律,对分析结。
abaqus铆钉成型
abaqus铆钉成型此示例问题演示了Abaqus / Explicit中成形分析的以下方面:使用耦合的欧拉-拉格朗日(CEL)分析公式分析经受极端变形的实体力学模型,以及将基于CEL的分析结果与使用传统拉格朗日公式得出的相同模型的结果进行比较。
铆钉是一种紧固件,设计用于在两张或更多张材料之间建立永久的连接。
铆钉设计通常由具有两个直径的圆柱体组成:将较小的直径插入重叠的薄板中的孔中,然后压缩铆钉的两端。
压缩有效地扩大了铆钉体的直径,从而将材料片夹在铆钉的两端之间(见图2.3.1–1)。
不同的铆钉设计和应用会经历不同的变形,但是基本原理在所有情况下都相同。
本示例通过模拟特定的铆钉压缩(也称为成形过程)来研究其有效性。
在此研究中,三个问题特别重要:铆钉在成型过程中是否会适当变形?成型后,铆钉是否保持足够的强度以保持固定材料的牢固性?铆钉安装工具能形成铆钉吗?成形模拟过程中的位移指示铆钉是否适当变形。
变形后,铆钉的强度在很大程度上取决于其材料特性。
检查铆钉中的等效塑性应变可得出材料潜在损坏或强度降低的迹象。
为了评估铆钉对安装工具的影响,可以将工具中的反作用力与标准安装工具中的已知作用力进行比较。
几何如上所述,这些分析中使用的铆钉是一个简单的多直径圆柱体。
为了帮助铆钉较小端的变形,从圆柱体的中心去除了半球形部分。
图2.3.1–2显示了铆钉模型的尺寸。
为了模拟成形,将铆钉放在圆盘中心的孔中。
代表安装工具的圆形模具位于铆钉的顶端和底端(请参见图2.3.1–3)。
材料该模型中的铆钉由密度为7.85×10–9 t / mm3,杨氏模量为2.1×105 N / mm2,泊松比为0.266的弹塑性钢组成,塑性屈服始于3.0 ×105牛顿/平方毫米。
假定板和模具比铆钉坚硬得多,并且预计这些部件不会变形。
边界条件和载荷通过强制位移边界条件来模拟成形过程。
将板限制在固定位置。
上模向下移动3毫米,而下模向上移动2毫米。
基于ABAQUS二次开发的钛合金自锁螺母收口过程研究
基于ABAQUS二次开发的钛合金自锁螺母收口过程研究
梁铖;黎向锋;吴同一;齐增星;李文生;张文静;杨斌;赵彦伟
【期刊名称】《机械制造与自动化》
【年(卷),期】2024(53)1
【摘要】为探究钛合金自锁螺母收口工艺参数对收口区域成型规律的影响,基于ABAQUS建立钛合金TC4自锁螺母收口成型过程的有限元仿真模型,对ABAQUS
进行二次开发以实现前处理过程的参数化,建立GUI界面从而有效减少收口过程有限元仿真模型建立所需的时间与精力,提高有限元仿真效率。
仿真研究结果表明:增
大收口量与收口点高度能够显著提高自锁螺母变形程度,从而提升产品的锁紧性能。
【总页数】5页(P10-14)
【作者】梁铖;黎向锋;吴同一;齐增星;李文生;张文静;杨斌;赵彦伟
【作者单位】南京航空航天大学机电学院;天津市紧固连接技术企业重点实验室;航
天精工股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TH131.3
【相关文献】
1.收口量对钛合金自锁螺母锁紧性能的影响
2.某型高锁螺母收口工序研究
3.多种收口因素对GH738自锁螺母力矩衰减速度的影响研究
4.基于ABAQUS的高速切削钛合金仿真平台的二次开发
5.高锁螺母收口、装配及松动过程有限元分析
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abaqus铆钉成型此示例问题演示了Abaqus / Explicit中成形分析的以下方面:使用耦合的欧拉-拉格朗日(CEL)分析公式分析经受极端变形的实体力学模型,以及将基于CEL的分析结果与使用传统拉格朗日公式得出的相同模型的结果进行比较。
铆钉是一种紧固件,设计用于在两张或更多张材料之间建立永久的连接。
铆钉设计通常由具有两个直径的圆柱体组成:将较小的直径插入重叠的薄板中的孔中,然后压缩铆钉的两端。
压缩有效地扩大了铆钉体的直径,从而将材料片夹在铆钉的两端之间(见图2.3.1–1)。
不同的铆钉设计和应用会经历不同的变形,但是基本原理在所有情况下都相同。
本示例通过模拟特定的铆钉压缩(也称为成形过程)来研究其有效性。
在此研究中,三个问题特别重要:铆钉在成型过程中是否会适当变形?成型后,铆钉是否保持足够的强度以保持固定材料的牢固性?铆钉安装工具能形成铆钉吗?成形模拟过程中的位移指示铆钉是否适当变形。
变形后,铆钉的强度在很大程度上取决于其材料特性。
检查铆钉中的等效塑性应变可得出材料潜在损坏或强度降低的迹象。
为了评估铆钉对安装工具的影响,可以将工具中的反作用力与标准安装工具中的已知作用力进行比较。
几何如上所述,这些分析中使用的铆钉是一个简单的多直径圆柱体。
为了帮助铆钉较小端的变形,从圆柱体的中心去除了半球形部分。
图2.3.1–2显示了铆钉模型的尺寸。
为了模拟成形,将铆钉放在圆盘中心的孔中。
代表安装工具的圆形模具位于铆钉的顶端和底端(请参见图2.3.1–3)。
材料该模型中的铆钉由密度为7.85×10–9 t / mm3,杨氏模量为2.1×105 N / mm2,泊松比为0.266的弹塑性钢组成,塑性屈服始于3.0 ×105牛顿/平方毫米。
假定板和模具比铆钉坚硬得多,并且预计这些部件不会变形。
边界条件和载荷通过强制位移边界条件来模拟成形过程。
将板限制在固定位置。
上模向下移动3毫米,而下模向上移动2毫米。
接触必须在铆钉和所有安装工具组件之间强制进行接触相互作用。
铆钉的变形取决于通过工具的位移传递的接触载荷。
工具组件永远不会相互接触,因此可以忽略板与模具之间的相互作用。
baqus建模方法和仿真技术使用两种根本不同的元素配方在Abaqus / Explicit中进行铆钉成形模拟。
传统的拉格朗日公式通常可提供准确性和计算效率,但是当进行极端变形时,纯的拉格朗日模型往往会表现出网格变形以及相关的准确性损失。
欧拉公式以几何精度为代价,并在涉及很大变形的分析中获得了稳健性。
在Lagragian公式产生不可靠的解决方案或根本没有解决方案的情况下,可以使用Eulerian公式获得合理的解决方案。
拉格朗日元素和欧拉元素可以使用称为欧拉-拉格朗日耦合(CEL)分析的技术合并到同一模型中。
在CEL分析中,将经历大变形的物体与欧拉元素啮合,而将模型中的较硬物体与更有效的拉格朗日元素啮合。
使用纯拉格朗日方法进行铆钉成形分析,其中,所有拉铆钉,板和模具均采用拉格朗日元素建模;以及欧拉-拉格朗日耦合方法,其中,铆钉采用欧拉元素建模,而板和模具则采用拉格朗日元素建模。
分析案例摘要案例1纯拉格朗日铆钉成形分析。
案例2耦合欧拉-拉格朗日(CEL)铆钉成形分析。
以下各节详细介绍了两种分析案例共有的一些建模技术。
分析类型两种分析案例均使用准静态显式动态程序进行。
成型过程持续1 ms,仅一步之遥。
材料模型铆钉的材料使用各向同性的硬化Mises塑性模型。
表2.3.1-1中显示了用于定义塑性行为的应力应变数据点。
边界条件在这两种分析情况下,板和模具均建模为具有刚性约束的拉格朗日体。
将防止位移和旋转的边界条件强加在板体的参考点上。
边界条件还应用于每个模具参考点,以防止它们旋转或移位,除了在垂直3方向上:顶部参考点上的边界条件在负3方向上将其位移3 mm,而在3方向上的边界条件则在3方向上偏移。
底部参考点在正3方向上将其移动2 mm。
边界条件的应用受一个振幅控制,该振幅在0.8 ms的过程中使位移从零线性地倾斜到完全位移。
然后将模具固定到位,以进行最后的0.2 ms分析。
约束条件如上所述,刚体约束应用于板和两个模具。
假定这些组件比铆钉坚硬得多,并且在成型过程中不会变形。
刚体约束提高了计算效率,并允许使用简单的边界条件来启动成形。
输出要求对于模型中的等效塑性应变(PEEQ),特别要求现场输出。
另外,在每个模具的参考点处请求在3方向(RF3)上反作用力的历史输出。
纯拉格朗日分析案例第一个分析案例使用从离散几何零件实例划分网格的四个拉格朗日体。
在纯拉格朗日情况下,模型的几何形状直接与要建模的零件的形状相对应,从而使组装过程相当直观。
网格设计使用0.25 mm的整体网格种子将铆钉与C3D8R元素网格化(见图2.3.1–4)。
板和模具也与C3D8R元素啮合,但是应用于这些零件的刚体约束使元素选择有些随意。
可以使用未网格化的分析刚性表面来对板和模具进行建模,但是可以使用刚体约束来保持与CEL模型的一致性。
接触常规接触定义会强制模型中所有实体之间的接触。
无摩擦的硬接触模型控制所有接触。
解决方案控制尽管在分析中预期会有大的变形,但是没有对模型应用特殊的解决方案控制或分析技术(例如自适应网格划分),从而可以在纯拉格朗日模型和CEL模型之间进行直接比较。
CEL分析案例在第二种分析情况下,使用欧拉元素对铆钉进行建模。
板和模具仍然是刚性体。
CEL分析中的建模方法与纯Lagrangian情况有一些明显的不同。
网格设计在欧拉公式中,网格通常不对应于要建模的零件的几何形状。
相反,材料在欧拉网格中的放置定义了零件的几何形状。
欧拉网格不会变形或移位;只有网格内的材料可以移动。
通常,欧拉网格是规则六面体元素的任意集合,这些元素完全包围了分析过程中可能存在材料的区域。
在此示例中,欧拉部分是与EC3D8R元件啮合的尺寸为17×17×11.5 mm的矩形棱镜。
0.25毫米的全局网格种子决定了单元的大小。
该网格没有定义铆钉的几何形状。
相反,网格定义了可以存在铆钉材料的区域。
铆钉的几何形状是通过将钢材料分配到该网格的与铆钉形状相对应的部分来定义的,如下面“初始条件”部分所述。
欧拉技术的一项优势是能够定义规则的高质量网格,而与要建模的零件的几何形状无关。
重要的是,欧拉网格必须足够大以在变形时完全容纳铆钉材料。
如果材料到达网格的边缘,它将流出模型并丢失到模拟中。
初始条件铆钉的几何形状是使用欧拉网格上的材料分配初始条件定义的。
材质分配指定了网格中的哪些元素最初包含钢。
每个元素都指定一个百分比(称为体积分数),代表该元素中填充钢的部分。
对于部分填充的元素,Abaqus将材料放置在元素中,以使其与相邻元素中的材料形成连续的表面。
最终结果是材料在网格中的分布与铆钉的几何形状相对应,如图 2.3.1–5所示。
您可以使用Abaqus / CAE的“可视化”模块中的视图剪切管理器来可视化Eulerian网格中材料的范围,如《Abaqus / CAE用户指南》的第28.7节“查看Eulerian分析的输出”中所述。
物料分配是借助Abaqus / CAE中的体积分数工具创建的。
体积分数工具计算欧拉网格和某些参考几何零件之间的重叠。
要在此分析案例中使用体积分数工具,请从先前的分析案例中复制整个拉格朗日装配体(包括拉格朗日铆钉),并将其放置在欧拉网格内(请参见图2.3.1–6)。
拉格朗日铆钉用作参考零件,并且体积分数工具会创建一个离散字段,该字段基于铆钉在该元素内占据的空间量,将欧拉网格中的每个元素与体积分数相关联。
然后,可以将此离散字段用作Abaqus / CAE中物料分配预定义字段的基础。
接触一般的接触定义会强制模型中所有刚体与欧拉材料之间的接触相互作用。
一般接触不会强制刚体与欧拉元件之间发生接触;刚体可以不受阻碍地通过欧拉网格,直到它们遇到网格内的材料为止。
与纯拉格朗日案例一样,无摩擦的硬接触模型控制着所有相互作用。
通常不建议在欧拉网格的边界附近模拟拉格朗日-欧拉接触。
网格边界处材料的流入或流出会导致不正确的接触约束执行。
因此,欧拉网格将一些元素延伸到模具和铆钉之间的接触界面之外。
普通接触不会强制分析刚性表面和欧拉材料之间的相互作用,这就是为什么必须将工具部件建模为具有刚体约束的拉格朗日零件的原因。
输出要求除了在纯拉格朗日分析案例中使用的字段和历史输出请求外,还要求将欧拉体积分数输出变量(EVF)作为字段输出以可视化几何结果。
果讨论和案例比较图2.3.1–7显示了纯Lagrangian和CEL分析案例的变形网格。
(要查看CEL分析的结果,请按照《Abaqus / CAE用户指南》第28.7节“查看欧拉分析的输出”中所述使用视图切割管理器。
)纯拉格朗日分析可以完成,但是网格变得极端沿铆钉底部变形-这种不规则网格导致的结果可能不可靠。
欧拉分析显示出相似的变形形状,但保留了高质量的规则网格。
计算效率通常,就运行时间和文件大小而言,欧拉分析比类似的拉格朗日分析更昂贵。
在选择分析公式时,应该权衡这种性能折衷与欧拉鲁棒性对大变形的好处的权衡。
接触困难图2.3.1–8显示了纯拉格朗日和CEL情况下铆钉和板之间的接触界面。
两种情况都表明铆钉有些不希望地渗入板中。
在纯拉格朗日情况下,穿透是网格变形的直接结果。
随着铆钉小平面的展开,每个给定区域的约束点更少,并且部分小平面能够不受约束地进入板表面。
尽管拉格朗日公式通常擅长于模拟接触,但变形严重的网格会引起嘈杂的,不一致的接触强制。
在CEL情况下,穿透率主要来自用于可视化欧拉材料的近似值。
欧拉材料的边界不对应于离散的元素面。
如前所述,Abaqus根据每个元素内的体积分数确定材料在欧拉网格中的位置。
对体积分数进行平均并进行插值,以在可视化期间计算出光滑的材料表面。
因此,在Abaqus / CAE的“可视化”模块中显示的材料边界是基于数值平均而不是几何特性的近似值。
这种近似会在接触界面处产生明显的穿透,并解释了为什么在拉格朗日模型中的尖角在欧拉模型中显得是圆的。
尽管有明显的穿透,但耦合的欧拉-拉格朗日接触并未遭受与纯拉格朗日网格变形相关的不一致约束执行,并且固体拉格朗日体与欧拉材料之间的接触通常可提供可靠的结果。
在这两种分析情况下,都可以通过使用更精细的网格来减轻接触渗透:在纯拉格朗日情况下,较小的元素可以减少网格变形,而在欧拉情况下,其他元素可以提供额外的采样点,以实现更精确的体积分数平均。
结果两种分析情况下,变形铆钉横截面中的等效塑性应变的等高线图如图2.3.1–9所示。
结果相似,但最大塑性应变区域出现在略有不同的区域。
在欧拉铆钉中,峰值应变发生在铆钉与平板底部汇合的拐角附近;在成型过程中,该区域会受到极大的弯曲和拉伸。