型材拉弯手把手教你如何采用ABAQUS进行型材拉弯模拟分析

型材拉弯工艺广泛应用于航空空航天、汽车、机械设备、建筑等行业。随着高新技术在这些行业的日益应用，设计工程师对计算机仿真技术的要求也在与时俱进。ABAQUS以其处理非线性问题的卓越能力得到了广大工业客户的认可。摘要:以航空空行业的一款拉弯产品为例，介绍了ABAQUS相应的分析流程，对项目中提出的四种加工方案逐一进行分析，并与回弹结果进行对比，最后提出改进方案。通过实践，仿真分析结果与实际结果高度一致，为设计工程师提供了可靠的参考数据。

一、模型描述

首先将造型设计工程师提供的型材产品目标形状的几何模型导入ABAQUS/CAE，如图1所示。

图1型材产品的目标形状

考虑到型材几何形状的对称性，分析了1/2模型的弯曲过程。图2显示了实际模型的一半。考虑到型材壁厚与其表面长宽的比例关系，我们进一步将模型简化为壳体结构。图3显示了根据模型尺寸生成的模具模型及其有限元网格模型，图4显示了装配模型及其有限元模型。

图2产品模型的一半

图3刚性模具的几何模型(左)和有限元网格模型(右)

图4组件的几何模型(左)和有限元网格模型(右)

二、分析方案

根据实际加工过程的特点，针对这类材料的弯曲问题，利用ABAQUS的隐式算法模块ABAQUS/Standard进行成形分析。考虑到实际成形中的影响因素，我们按照以下四种分析过程进行模拟，最终以回弹量、型材厚度变化量和局部型材变形量作为检验标准，为实际加工过程提供必要的数据作为参考。分析过程分类如下:

1.直接拉伸弯曲型材，然后检查其回弹力；

2.首先将型材整体拉伸，然后拉伸弯曲型材，最后进行回弹分析；

3.第一步是型材拉伸弯曲，然后将弯曲后的型材整体拉伸，最后进行回弹分析；

4.先拉伸型材整体，再弯曲型材，再拉伸弯曲型材整体，最后进行回弹分析；

三、分析结果

根据以上四种方案的具体流程，我们生成相应的分析模型进行计算。下面总结了这四种分析方案得到的Mises应力、等效塑性应变、异型板厚度和最终成形后回弹的对比结果。根据图5，方案2和方案4的最大米塞斯应力为127.9兆帕，方案1和方案3的最大米塞斯应力为149.2兆帕..四种方案的共同点是Mises应力分布一致，即应力集中区在型材的弯曲部分，尤其是竖肋与板的交接处；不同的是方案2和方案4的Mises应力分布更均匀，而方案1和方案3的Mises应力分布更集中。

图5 mises应力分布云图

从图6可以看出，方案2和方案4的最大等效塑性应变为0.04734，方案1和方案3的最大等效塑性应变为0.04738。四种方案的等效塑性应变最大值基本相等，不同的是方案2和方案4的等效塑性应变分布更加均匀。

图6等效塑性应变分布云图

从图7可以看出，四种成形方案对型材厚度的影响基本相等，即厚度变化最大的区域位置和大小相同。

图7壁厚分布云图

从8可以得到方案2和方案4的最大变形位移为146.1mm，方案1和方案3的最大变形位移为142.3 mm，从分析步骤来看，型材的位移代表型材成形后的回弹。图9显示了回弹分析前型材的变形位移。

图8回弹分析后变形和位移分布云图

图9回弹分析前变形和位移分布云图

方案1的回弹为6.5毫米，方案2为3.3毫米，方案3为6.5毫米，方案4为2.8毫米。

四.总结

从表1可以看出，方案2和方案4的成形工艺具有变形相对均匀、应力集中小、回弹小的特点，尤其是方案4的优势更为突出，因此应视为实际加工流程。

表1:四种方案计算结果对比