冲压成形有限元仿真基本理论

板料冲压成形技术的概念
利用金属塑性变形的特点，通过一 定方式对金属板料施加压力，使其 产生所需的塑性变形，从而获得满 足所需的各种形状的零件。
车身覆盖件和车身结构件
车身覆盖件系指覆盖车身内部结构 的表面板件；
车身结构件则指支撑覆盖件的全部 车身结构零件的总称。
冲压技术在汽车制造业中重要地位
据统计，汽车上有－％的零件是用冲压 工艺生产出来的。因此，冲压技术对汽 车的产品质量、生产效率和生产成本都 有重要的影响。
年，和采用壳单元理论，用刚塑性有限元法首次 分析了方形盒的拉深过程，这标志着冲压成形三 维有限元仿真的开始；
年，（木野内）用弹塑性有限元法分析了弯曲和 修边过程；
年，（仲町英治）也用弹塑性有限元法分析了冲 压成形的一般问题；
年，等人用刚粘塑性有限元法分析了轴对称冲压 成形问题；
年，用弹塑性有限元法模拟了方形盒的拉深过程。
冲压工艺具有生产效率高、尺寸一致性 好、原材料消耗低、冲压件质量轻、强 度和刚度好、工艺过程简单等优点。
冲压仿真在汽车业制造中重要性
数值仿真是产品和设计和制造的核 心技术之一。数值仿真是使板料冲 压成形由“经验”走向“科学”， 由“定性”走向“定量”的桥梁。
对于汽车制造业来说，世纪的竞争 核心将是新产品的竞争，实现高质 量、低成本、短周期的新车型的开 发正是赢得这场竞争的关键。
第一章 板料冲压成形技术概述
引言 板料冲压成形的分类 板料冲压成形的物理现象 板料冲压成形的常见缺陷及产生原因
引言 汽车车身的重要性
汽车工业是衡量一个国家工业水平的重要标 志，为国民经济的支柱产业 。
汽车车身占整车质量的百分比大： 客车、轿车和专用汽车 －％； 货车 －％ 车辆的更新换代速度加快。 降低汽车车身重量对环境保护和缓解能源危
➢ 当前国际上几个有影响的研究组织 ➢ 以. 为代表的公司的研究小组。他们
基于增量型弹塑性有限变形理论 （大变形理论），采用－迭代算法 求解，建立了专门由于分析车身覆 盖件冲压成形分析的静力隐式（ ） 格式的有限元方法。
美国 国家实验室的等人从年开始从事动力显 式算法的研究工作，起初开发了用于二维大变 形冲击碰撞分析分析的应用程序，随后又推出 了进行三维分析的和可用于板料成形分析的。 该系列软件采用的是动力显式积分算法，无收 敛问题，可以解决大规模的动力非线性问题。
课程的主要内容
绪论 模压技术与模具的分类 模具的基本结构 冲压成形有限元仿真基本理论 冲压成形三维仿真分析系统 冲压成形仿真的工程应用 基于反向模拟的毛坯外形设计技术 冲压模具设计的模面工程技术 模具设计制造过程智能化集成技术
第三章的主要内 容
第一节 板料冲压成形技术概述 第二节 冲压成形过程的计算机仿真技术及作用 第三节 冲压成形过程的力学模型与有限元求解方法 第四节 板壳理论及有限元法 第五节 模拟仿真软件的使用
以（仲町英治）、（木野内）为代表的日本板 料成形研究组织（ ）。这是一个由来自于汽 车工业、钢铁工业、大学和政府机构的家单位 组成的联合研究机构。他们基于增量型弹塑性 有限变形理论和理论，采用中心差分算法求解， 开发了静力显式（ ）和动力显式（ ）两种格式 的有限元软件，应用于日本的一些汽车厂和钢 铁厂。
板料冲压成形技术的发展概况
有限元技术的发展
年，教授在论文中首Leabharlann Baidu提出“有限元”这 一名词，、、、和的论文促成了有限元法 的诞生，奠定了早期有限元法的基础；
年，教授和提出了弹塑性有限元格式；
年，（山田嘉昭）推导了小变形问题弹塑 性矩阵的显式表达，大大推进了小变形弹 塑性有限元法的发展；
年，、和基于有限变形理论，应用增量法建立了 全格式的大位移、大应变弹塑性有限元法，又于 同年推出了弹塑性有限元程序，即现在广泛应用 的商品化大型有限元软件的前身；
以. 和. 为代表的（ ）研究小组。他们采用刚 塑性和刚粘塑性本构关系，基于薄膜理论和 板壳理论，采用修正的－迭代法求解，开发 了分别用于分析二维和三维冲压成形问题的 静力隐式格式有限元软件，他们对接触问题 的处理具有独到之处。
以. 和. 为代表的韩国汉城大学研究小组。他们 采用刚塑性和弹塑性本构关系，应用薄膜单元、 壳单元和块单元，开发了静力隐式、动力显式 和隐式显式耦合三种格式的有限元软件。
年，. 和基于非线性薄膜理论，用弹塑性大变形 格式分析了任意几何形状模具的冲压成形问题， 首次考虑了坯料在模具表面的滑动和粘着效应 的接触摩擦现象；
年，. 和用刚塑性有限元法分析了任意形状模具 的拉深问题；
年，. 和用粘塑性有限元法分析了非对称模具的 冲压成形问题；
年，. 用刚塑性有限元法分析了速率敏感型材料 的冲压成形问题；
以. 等人为代表的位于巴塞罗那的国际工程数值 方法中心（ ）。他们除了开展工程中的有限 元理论和方法研究之外，还用“流动型”有限 元法对冲压成形问题进行分析。
➢标准考题的发展
➢为了促进板料冲压成形仿真的研究和 应用，国际上发起了定期召开的板料 成形三维数值仿真国际会议（ ） 分别是： 标准考题（年）、（德国汽 车学会）标准考题 （年）、’、 ’、’、 ’、 ’。
机的重要性。
发展汽车工业（轿车）的需要
汽车工业的发展对机械、电子、材料、计算机、通信、 自动控制等领域的发展起到了重要的促进作用。
对轿车车身的要求很高，从而大大促进了新技术和新 设备的发展，由此全面带动了其它各种车型车身技术 的开发。
日本轿车的发展对其汽车工业的促进起了举足轻重的 作用就是明显的例证。
年，等人建立了热粘弹塑性大变形有限元方法；
年，等人建立了更新的格式的大变形弹塑性有限 元方法；
至此，用于大变形问题分析的弹塑性有限元理论 已经系统的建立起来了。
➢板料成形有限元分析的发展 ➢年，和把刚塑性有限元法用于分析冲压成
形问题，这是人们第一次用有限元法来模 拟冲压成形过程； ➢年，等人用弹塑性增量型有限元法模拟了 液压胀形过程； ➢年，基于轴对称理论，用弹塑性增量型有 限元法模拟了圆形坯料在半球形凸模下的 胀形和拉深过程； ➢年，在美国公司召开了一个关于板料冲压 成形力学分析的研讨会，有两篇论文分别 采用薄膜单元和库仑摩擦理论，这在当时 已相当完善；