文档介绍：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的冷却管道中通入冷却水,工件上大量的热量通过热传递被循环冷却水带走实现淬火,本文不做讨论。在本案例中,毛坯和模具之间的接触界面既存在力的相互作用又存在热传递作用,在计算过程中,既有材料大变形带来的非线性问题又有温度带来的材料属性的非线性问题,这是属于比较复杂的热力耦合问题。
模型的建立
防撞梁的三维模型如图1所示,,宽度方向的尺寸为135mm,弧度为22°,毛坯厚度为1mm。本文采用SolidWorks软件建立防撞梁热冲压成形的三维模型,分别为凸模、凹模、压边圈和毛坯,如图2所示。由于毛坯的长宽都远远大于厚度,为了节约计算时间,将模型转变为壳体导入ABAQUS中。在导入部件的过程中应注意,如果仅仅关注的是防撞梁成形的过程,不考虑温度场的话,可以将凸模、凹模和压边圈都设置为离散刚体,可大大提高计算速度;但是如果还要关注防撞梁成形过程中毛坯和模具之间热传递的温度场的话,所有部件都要设为可变体,这对后面网格单元类型的选择很重要。材料属性的定义
毛坯22MnB5钢和模具的密度为7850kg/m3,×10-5。由于防撞梁的热冲压过程是采用热力耦合分析的方法,温度的变化对材料的属性影响非常大,根据查询文献资料[4],22MnB5钢在不同温度下的真实塑性应力应变数据如表1所示。
22MnB5钢的杨氏模量、泊松比以及热传导率、热熔的数据[5,6],如表2所示。模具的热导率为52W·(m·K)-1,热熔为450J·(kg·K)-1。在设定材料属性时,最容易出问题的是各参数单位的统一,很容易出现数量级的错误。
分析步的设定
分析步设为两步,分析步的类型选择动力,温度—位移,显式:第一步为压边圈向下运动,;第二步为凸模向下运动,。在编辑分析步时,把几何非线性打开。如果想节约计算时间,可以将质量缩放打开,缩放比例的大小以计算结果的动能占总能量的5%以内合适。
相互作用的设定
进入相互作用模块,对模具和毛坯之间设定相互作用关系。首先,相互作用属性管理器定义接触关系的属性,其切向行为中的摩擦公式选择罚公式,,;其次,定义毛坯和模具与周围环境对流的热交换系数,毛坯与空气的自然对流系数为29W/m2/K,模具与冷却水的热交换系数为1200W/m2/K;再次,定义毛坯和模具之间的接触面,在这里要强调的是模具面一定是主面,毛坯面为从面;最后,创建三个参考点,创建约束类型,选择刚体,分别将凸模、凹模和压边圈绑定起来。
施加载荷
进入载荷模块,对模具和毛坯施加边界条件,在凹模的参考点上施加位