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基于Dynaform的V形件成形及弯曲回弹的数值模拟分析
摘要
Dynaform是一种基于有限元原理的虚拟成形技术，适用于各种复杂零件的设计、制造和优化。本文以一种V形件为例，利用Dynaform进行数值模拟分析。通过对材料的材料性能进行实验获取，利用Dynaform中的材料库对V形件的成形及弯曲回弹行为进行模拟，并进行了参数分析和优化设计。结果表明，本文所提出的数值模拟方法可以有效地预测V形件的成形及弯曲回弹行为，并为其优化设计提供了参考。
关键词：Dynaform；V形件；数值模拟；弯曲回弹；优化设计
Abstract
Dynaformisavirtualformingtechnologybasedonthefiniteelementprinciple,whichissuitableforthedesign,manufacturingandoptimizationofvariouscomplexparts.ThispapertakesaV-shapedpartasanexampleandusesDynaformfornumericalsimulationanalysis.Byconductingexperimentsonthematerial'smaterialpropertiesandusingthemateriallibraryinDynaformtosimulatetheformingandbendingspringbackbehavioroftheV-shapedpart,parameteranalysisandoptimizationdesignwereperformed.TheresultsshowthatthenumericalsimulationmethodproposedinthispapercaneffectivelypredicttheformingandbendingspringbackbehavioroftheV-shapedpartandprovidereferenceforitsoptimizationdesign.
Keywords:Dynaform;V-shapedpart;numericalsimulation;bendingspringback;optimizationdesign
引言
虚拟成形技术是一种快速、经济、高效的零件设计和优化方法。其中，基于有限元原理的虚拟成形技术在汽车、航空航天、电子等领域得到了广泛应用。Dynaform作为有限元虚拟成形技术的代表之一，已成为制造业领域常用的工具之一。
V形件是一种常见的零件，广泛应用于工业和民用领域。V形件的弯曲回弹问题一直是制造和设计中的难题。传统的试制和测试成本高、难度大，而且需要大量的人力和物力资源，因此难以满足现代制造业的发展要求。通过Dynaform对V形件进行数值模拟分析，可以有效地预测成形及弯曲回弹行为，并为优化设计提供依据。
本文以一种V形件为例，利用Dynaform对其成形及弯曲回弹行为进行模拟和分析，并对其进行了参数分析和优化设计。
1V形件的数值模型建立
1.1V形件的几何结构
本文所使用的V形件几何结构如图1所示。
图1V形件几何结构示意图
1.2材料模型
对于V形件所使用的材料，本文采用真空度为0.98的SAPH440材料，其硬化模型如图2所示。
图2硬化模型曲线
1.3数值仿真模型的建立
借助Dynaform软件，建立含V形件的数值仿真模型。如图3所示，分别设置了成形模块和弹性模块的模拟效果。其中成形模块使用了基于地图形式的Hypersol模拟器，而弹性模块使用了标准的ANSYS模拟器。
图3数值仿真模型示意图
2数值模拟结果及分析
本文通过Dynaform对V形件的成形及弯曲回弹行为进行了数值模拟分析，并进行了参数分析和优化设计。
2.1成形过程的模拟结果
成形过程是V形件制作过程中的第一个步骤，其实验结果如图4所示。可以看出，成形后的V形件表面光滑且没有明显的缺陷或变形，符合制造要求。
图4成形后的V形件
2.2弯曲回弹过程的模拟结果
本文在Dynaform中进行了V形件的弯曲回弹行为的模拟。如图5所示，弯曲过程中V形件的顶端发生了变形且存在一定的回弹，且回弹程度随着弯曲角度的增加而增大。
图5V形件的弯曲回弹模拟结果
2.3参数分析
为了进一步探究V形件的弯曲回弹特性，本文进行了参数分析。（1）V形件宽度对弯曲回弹的影响：若V形件宽度增加，其弯曲回弹程度会增加。（2）V形件厚度对弯曲回弹的影响：若V形件厚度增加，其弯曲回弹程度会减小。
2.4优化设计
通过计算和分析，本文发现在硬化模型曲线的基础上，适当调整材料的拉伸模量可以显著改善V形件的弯曲回弹问题。优化后的V形件如图6所示，可见其回弹程度较原设计