薄板剪切起皱判定线建立及其影响因素探究

作     者：王绪辰 

作者单位：燕山大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杜冰

授予年度：2022年

学科分类：080503[工学-材料加工工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：薄板成形 剪切 不同应力路径 数值模拟 WLD 

摘      要：起皱是影响薄壁件成形的主要问题之一,特别是随着汽车、国防、航空等领域的快速发展,对薄壁件质量和强度的要求越来越高。因此,起皱失稳的预测以及起皱的规律探究成为了成形制造领域的主要问题之一。本文设计了一套可实现剪切起皱的拉伸模具,建立了剪切起皱的数值模拟模型。利用数值分析模型探究剪应力下的起皱规律及影响因素。提取不同尺寸和形状试样的应力路径,建立不同应力路径下统一起皱失稳临界判定线。本文的主要研究内容如下:(1)借助Abaqus有限元模拟软件建立了剪切起皱分析模型,并设计了剪切起皱试验,使用非接触全场测量系统(DIC)对皱区进行数据采集,应用后处理软件VIC-3D处理试验时所采集的应变数据。通过数值模拟提取面内最大、最小主应变与主应力,应用分叉法确定试件起皱临界位置,并对比试验与有限元模拟临界位置的位移与应变变化规律。(2)基于上述数值模拟模型,通过提取数值模拟结果中屈曲单元的应力路径分叉时刻与应变路径分叉时刻进行对比,发现应力路径分叉时刻较易拾取,故以应力路径分叉时刻作为临界起皱的临界时刻。通过变换试件尺寸研究了高度和宽度对剪切起皱临界起皱应力和应变的影响规律;通过变换试件的形状获取了不同的应力加载路径,并分析剪切状态下皱纹主应力方向决定其皱纹的趋势走向。(3)通过建立矩形板理论分析模型,推导板料起皱临界剪切理论计算公式,并探究了不同尺寸、厚度对矩形板临界剪应力的影响。(4)建立不同应力路径下的临界起皱判定线并探究其影响因素。通过对比不同应力路径下的应变线可知,应变线斜率能表示板材的屈曲失稳情况。斜率绝对值越大,板料越易起皱。并与其他多种成形工况下所建立的临界起皱判定线进行对比。综上所述,本文基于ABAQUS平台建立了剪切起皱模型,分析了剪切起皱的规律以及其影响因素,并建立了不同应力路径下的临界起皱判定线。并分析了主应力比、板厚等因素对临界起皱判定线的影响规律。