板材冲压成形性模拟cae软件系统kmas.pdf

板材冲压成形性模拟CAE软件系统KMAS1胡平柳玉起王锦程李运兴那景新杨光吴志强郭威张向奎(吉林工业大学汽车覆盖件成形技术研究所长春130025)摘要:本文阐述了自行研制的覆盖件成形性仿真CAE软件系统KMAS的基础理论方法和关键技术。对一些典型冲压过程的板材成形缺陷进行模拟预示并与实验结果相比较旨在检验KMAS软件在金属塑性成形屈服准则、塑性流动本构理论、以及弹塑性大变形接触问题有限元方法的有效性为解决金属覆盖件塑性加工成形与模具制造工业面临的关键力学问题提供有效的数学工具。关键词覆盖件成形板材成形缺陷CAE软件系统KMAS1前言板材冲压成形技术已广泛应用于汽车、机电等机械制造行业在塑性加工领域中占有重要的地位。由于对冲压成形产品的形状、质量及精度的要求日益提高促使工程技术人员不断地探索克服板材冲压成形缺陷的有效途径。冲压成形过程中经常发生的起皱、鼓动、制耳、破裂以及成形后的回弹等主要冲压成形技术缺陷一直是实际工程技术人员十分关心的力学疑难问题同时也是制约我国覆盖件冲压模具制造业发展的关键所在。针对汽车车身及模具制造业目前的状况以本文作者为骨干的项目组经过十几年的研究工作积累独立开发了专门用于复杂冲压件成形性模拟仿真的CAE软件系统KMAS(KingMeshingAnalysisSystem)。本文着重介绍了以笔者提出的塑性本构理论和基于率形式的UpdatingLagrangian弹塑性大变形接触问题有限元方法为基础的KMAS软件的关键技术以及结构框架；作为理论与方法可靠性的验证文中例举了三个具有代表性的成形实例并与实验结果进行了比较。2板材成形弹塑性大变形有限元仿真理论2.1有限元算法目前在国际上常见的弹塑性大变形有限元算法分为两大类。一类为隐式的UL时间积分算法（implicittimeintegrationscheme）[1]。这类算法的显著优点是能够连续地模拟板料从塑性加载直至弹性卸载全过程并允许采用较大的加载时间步长。但由于遇到复杂的接触问题往往迭代计算过程难以收敛以及求解切线刚度矩阵需要耗费较大的计算机存储和计算时间等原因另一类显式时间积分算法（explicittimeintegrationscheme）[23]被普遍用于目前的商品化软件中。这类算法采用动力学的中心差分格式显著优点是对变形相关接触问题算法稳定且不需直接求解切线刚度。由于算法本身是条件稳定的加载时间步长必须充分小计算时间直接受到最小单元尺寸的限制。本文采用率形式的UpdatedLagrangian有限元列式方法。在工具和成形板料的接触界面采用了修正的Coulomb定律。以t时刻构形为参考构形的虚功率增率原理为[45]∇(S−−+σεσεσv)δvdV=∫Vijik&&kjkjkiikjkij（1）&&&∫VPδδvdV+∫APvdA+∫AfδvdViiiiSii式中VA和A分别表示当前参考构形的体积、表面积和接触面积；P&Pf&分别表示参考S