文档介绍：上海交通大学
硕士学位论文
基于材料混合硬化模型的辊弯成型过程仿真研究
姓名:王军杰
申请学位级别:硕士
专业:机械制造及自动化
指导教师:余大典
20070201
上海交通大学硕士学位论文 ABSTRACT
基于材料混合硬化模型的辊弯成型过程仿真研究
摘要
辊弯成型是以带钢为坯料,通过由多段具有一定表面形状成型轧辊
所组成的成型机组对坯料逐步进行弯曲变形,从而得到均一截面产品的
塑性加工方法。其产品为各种截面的冷弯型钢,与热轧型钢相比,具有
能源与材料消耗小、产品表面质量好、尺寸精度高、相对刚度与强度大
的优点,在建筑、交通、机械、家电等各行各业有着广泛的应用。
辊弯成型中带钢经历一个大位移、有限应变的复杂变形过程,还涉
及到与轧辊之间的接触摩擦问题,具有明显的几何非线性、物理非线性
和边界非线性,成型规律难以把握。成型过程中带钢边缘纵向受到反复
拉伸和压缩变形,横向也会经历一个反复加卸载的过程,材料的包辛格
效应会对成型过程产生明显的影响。
本文建立了带钢辊弯成型有限元模型,对 U 型零件辊弯成型与 ERW
焊管排辊成型过程进行了全流程数值仿真。基于 J2 塑性理论,通过引
入等向强化系数,以及径向返回法的应力补偿更新算法,建立了融合各
向同性硬化和运动硬化模型的材料混合硬化模型,研究了硬化模型对于
辊弯成型过程模拟的影响。
本文基于 ABAQUS 软件平台,采用 FORTRAN 语言通过对用户材
料子程序 VUMAT 接口进行二次开发,在 ABAQUS/Explicit 平台开发了
混合硬化弹塑性本构子程序。通过平板循环弯曲的模型中初步验证了所
开发的 VUMAT 子程序开发正确性。
利用所开发的材料本构子程序,采用基于动力显式弹塑性有限元方
法对辊弯成型过程进行了三维有限元模拟,研究了材料硬化模型对该成
型过程的影响规律。结果表明不同的材料硬化模型对辊弯成型过程中带
钢的应力与应变会产生明显的影响。对于采用混合硬化本构模型的U型
弯曲与ERW排辊成型过程模拟,随着等向强化系数C的依次增大,带钢
内部的应力均有明显增大的趋势。
关键词有限元模拟,硬化模型,辊弯成型,VUMAT 子程序
V
上海交通大学硕士学位论文 ABSTRACT
RESEARCH ON SIMULATION OF ROLL FORMING
BASED ON MIXED HARDENING MODEL
ABSTRACT
Roll forming is a kind of plastic forming process in which a steel strip is
bended by several sets of rolls gradually into the desired shape. The products
are cold roll forming steels with various sections. Compared with hot-rolled
section steels, they have significant advantages in energy and material saving,
good surface quality of product, high dimensional accuracy, high relative
stiffness and strength. Roll forming technology has been increasingly applied
in the fields of building, transportation, machinery, electric appliance etc.
Roll forming is plex deformation process, which involves large
displacement, finite strain and the problems of contact and friction between
strip and rolls. This process exhibits obvious geometry, physical and
boundary nonlinearity. So it is difficult to understand the forming rules. The
edge of strip undergoes not only alternating deformation of tension and
compressio