基于ABAQUS的减振器连接套冲孔过程仿真分析.pdf
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1、第43卷第4期 辽宁工业大学学报(自然科学版)Vol.43,No.4 2023 年 8 月 Journal of Liaoning University of Technology(Natural Science Edition)Aug.2023 收稿日期:2022-07-07 作者简介:沈 彪(1997-),男,河北保定人,硕士生。张德强(1964-),男,河北石家庄人,教授,硕士。DOI:10.15916/j.issn1674-3261.2023.04.004 基于 ABAQUS 的减振器连接套冲孔过程仿真分析 沈 彪,张德强,国世帅,孙文豪,姜亚通(辽宁工业大学 机械工程与自动化学院,辽
2、宁 锦州 121001)摘 要:减振器连接套孔的冲孔过程是一个非常复杂的变形过程,其有着变形区很小、冲裁力较集中的特点,还伴随着板料的断裂问题。为了进一步分析减振器连接套孔的冲孔过程和力学性能,通过非线性有限元软件ABAQUS 对冲孔过程进行仿真,得到冲孔过程中主要变形区的应力应变分布情况,分析了冲裁力的变化规律,并与经验公式算出的结果进行对比,可以说明有限元软件 ABAQUS 模拟仿真的可行性,为冲裁工艺参数的优化等提供理论依据。关键词:减振器;冲裁力;ABAQUS;有限元分析;应力应变 中图分类号:TG386 文献标识码:A 文章编号:1674-3261(2023)04-0228-04 S
3、imulation Analysis of Punching Process of Shock Absorber Connecting Sleeve Based on ABAQUS SHEN Biao,ZHANG De-qiang,GUO Shi-shuai,SUN Wen-hao,JIANG Ya-tong(College of Mechanical Engineering and Automation,Liaoning University of Technology,Jinzhou 121001,China)Abstract:The punching process of connect
4、ing sleeve of shock absorber is a very complex deformation process,which has the characteristics of small deformation area,concentrated punching force accompanied by sheet metal fracture.In order to further study the punching process and mechanical property of connecting sleeve of shock absorber,the
5、 punching process is simulated by non-linear finite element software ABAQUS.It can obtain the stress and strain distribution in the main deformation area during punching process,and can analyze the variation of punching force and compare with the results calculated by empirical formula,which can ill
6、ustrate the feasibility of simulation by finite element software ABAQUS and provide theoretical basis for optimization of punching process parameters.Key words:shock absorber;blanking force;ABAQUS;finite element analysis;stress and strain 减振器多数应用于汽车,其作用是使汽车的振动降低,用来改善行驶平顺性。减振器还可以增大车轮的附着力,过滤路面的振动,使得汽车
7、经过不平路面更加的平缓1。随着中国汽车行业的蓬勃发展,冲压新工艺也一直在创新,对生产的节拍要求也越高,对操作者等保护措施要求也不断提高2。汽车冲压件的类型也越来越多,减振器连接套作为一个连接件起着重要的作用。在整个冲裁过程中,首先在应力集中区出现裂纹,受拉应力的作用裂纹快速扩展,从而使得板料分离。在考虑冲裁模具使用寿命时,就要对冲裁力进行详细的分析。吴小蓉等3通过仿真软件 ANSYS对厚为 2 mm 的紫铜板料模拟了冲裁过程,通过实验结果,分析了冲裁过程中冲裁力随时间变化关系。Stegeman 等4对冲裁过程中的位移场和应变场进行了研究,并采用 2 种不同的冲裁间隙对钢试件第 4 期 沈彪等:
8、基于 ABAQUS 的减振器连接套冲孔过程仿真分析 229 进行了分析,得到了两种间隙的载荷位移曲线,证明了数值模拟与实验结果吻合较好。利用有限元软件 ABAQUS 对减振器连接套冲裁过程进行数值模拟,可得应力应变分布情况、冲裁力随时间变化的曲线,分析冲裁力受影响的关键因素,为冲裁工艺参数的优化提供合理建议或理论依据。1 总体方案分析 冲裁过程的流程如图 1 所示。图 1 总体方案框架 本文主要研究了冲裁变形过程、冲裁过程建模及冲裁力的变化情况。并用有限元软件 ABAQUS进行了模拟仿真,为冲裁工艺参数的优化等提供理论依据。2 减振器连接套冲裁过程模拟分析 2.1 冲裁变形过程 冲裁过程历经弹
9、性变形阶段、塑性变形阶段和断裂分离阶段三个阶段,最大冲裁力是出现在塑性变形阶段,故详细分析冲裁过程中塑性变形阶段的冲裁力对选用冲裁设备具有一定的意义。冲裁板料的变形过程如图 2 所示。(a)弹性变形 (b)塑形变形 (c)塑性变形 (d)断裂分离 (e)断裂分离 图 2 冲裁变形过程 当冲头与板料接触后,材料进入弹性变形阶段(图 2(a),此时板料受到弯矩和压力,会使板料发生弹性压缩、弯曲与拉伸变形5;随着冲头行程的不断深入,冲头刃口附近的材料达到屈服强度就会进入塑性变形阶段(图 2(b)、(c),逐渐地,冲头刃口处板料的应力先会增到极限,就会发生裂纹6;冲孔过程继续进行,材料进入断裂分离阶段
10、(图2(d)、(e),一直到上下裂纹相遇,会使板料产生断裂分离。2.2 减振器连接套冲裁过程模型的建立 ABAQUS 软件计算的核心是它的两个求解器,分别为隐式分析 ABAQUSStandard 和显示分析ABAQUSExplicit,两者是相互完善的、相互补充的。显示分析求解器适用于模拟短暂、瞬时的动态事件,以及求解冲击和其他高度不连续问题。冲裁过程是瞬时的,故选用 ABAQUSExplicit 求解器。2.2.1 几何模型建立与量纲系统 在构建模型之前,选择合适的量纲系统是非常有必要的。ABAQUS 没有默认的单位制,常用的量纲系统有 SI、SI(mm)、US Unit(ft)、US Un
11、it(inch)。本文选用的是 SI(mm),长度 mm、载荷 N、质量t、时间 s、应力 MPa、能量 mJ。由于冲裁过程比较复杂,所以在建立有限元模型时,要考虑网格划分的方法及计算机的运算强度等因素,就有必要对模型进行一定的简化。简化后模型如图 3 所示,d 为冲头直径,v 为冲头速度,c为冲裁间隙。图 3 板料冲孔模型 文中减振器连接套材料为 Q235 钢,冲头材料为 40Cr,由于冲头的硬度远远大于减振器连接套的硬度,所以在建立模型时,将模具看作是刚体,这样可以减少计算机运行时间。材料力学参数如表 1 所示。表 1 板料、模具的材料力学参数 材料 密度/(tmm-3)弹性模量 E/MP
12、a 泊松比 屈服强度/MPa Q235 钢 7.8910-9 206000 0.3 235 40Cr 7.8210-9 206000 0.29 785 2.2.2 网格划分 在模拟分析时,网格的划分方式对仿真结果会产生一定的影响。通常情况下,网格的疏密会影响计算结果的精度和计算时长。冲裁间隙区变形比较大,要设置单元删除的方法实现断裂分离,剪切区网格的疏密对仿真结果有着较大的影响7。故而,在能保证达到仿真结果精度的前提下,对板料的断d 1-冲头 2-板料 3-凹模 c v 230 辽宁工业大学学报(自然科学版)第 43 卷 裂部位进行网格加密化8,最小网格尺寸为 0.01 mm,而在距离中心间隙
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