基于ABAQUS软件的热冲压成形接触问题分析.docx

PAGE\*MERGEFORMAT5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岑升波【摘要】ABAQUS是一款功能非常强大的有限元软件，被广泛地应用在解决各种工程项目问题当中。论文以防撞梁的热冲压成形为例，详细介绍了ABAQUS在处理复杂接触问题时的基本步骤和注意事项，展示了ABAQUS在处理高度非线性问题时的优越性，也为新手在处理相似问题时提供参考和帮助。【Abstract】ABAQUSisafiniteelementsoftwarewithverypowerfulfunctions，whichiswidelyusedtosolvevariousproblemsinengineeringprojects.Thispapertakesthehotstampingoftheanti-collisionbeamasanexample，explicitlyintroducesthebasicstepsandprecautionsofABAQUSindealingwithcomplexcontactproblems，showstheadvantagesofABAQUSindealingwithhighlynonlinearproblems，andalsoprovidesreferenceandhelpfornovicesindealingwithsimilarproblems.【关键词】ABAQUS软件;热冲压成形;接触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VerifyMesh检查模型網格质量，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。定义接触属性时，一定要清楚接触里面包含了哪些内容，如热冲压成形模型中模具和毛坯之间的互相接触，既有摩擦又会发生热传递，在定义属性时不能遗漏。相对滑动问题，ABAQUS包括有限滑动和小滑动两种选择，其中，有限滑动是最通用的选择，其在接触面间允许任意大的滑动和旋转，而小滑动是在接触面间允许小的相对滑动。在接触分析中需要注意的问题还有很多，稍微不注意都可能导致计算不收敛，会在下文防撞梁的热冲压成形例子中提及。3热冲压成形案例本案例基于某轿车前防撞梁热冲压成形的过程，详细介绍了利用ABAQUS软件解决接触类问题的基础步骤和注意事项。3.1案例的背景汽车防撞梁是车辆受到碰撞时吸收碰撞能量的一种装置，能够减少驾乘人员受到的冲击，是提高汽车安全可靠性的重要部件。为了实现车辆的轻量化且安全性能不降低，防撞梁一般都使用高强钢22MnB5，采用热冲压成形的工艺冲压成形。防撞梁的成形工艺为：将加热至850℃左右完全奥氏体化的22MnB5毛坯置于25℃的凹模之上，然后压边圈以15000N的力向下运动直至最低点，毛坯发生变形且四周被压边圈压紧，接着凸模以40m/s的速度向下运动，毛坯在凸模的作用下发生塑性变形，最后凸模、凹模完全闭合，进行保压和淬火。淬火阶段是在凸模和凹模