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三点弯曲的有限元仿真

2023-05-16

0 概述

什么是三点弯曲？三点弯曲变形有哪些特点？三点弯曲仿真有哪些需要注意的地方？

  

（1）三点弯曲试验是将截面为矩形或圆形的试样放在弯曲装置上，调整跨距，在试样上加载进行弯曲试验，直到达到规定的弯曲程度或发生断裂。

（2）当板料毛坯受到弯曲力矩的作用，毛坯部分区域的曲率发生变化，该区域即变形区。弯曲变形区的网格发生了显著的变化，而非变形区的网格基本上保持原来的状态。

        弯曲区的内侧材料沿变形区的切线方向受到压缩，外侧材料沿变形区的切线方向受到拉伸，且压缩和拉伸的程度都是表层最大，向中间逐渐减小。因此，在两者之间必存在着一个弯曲变形前后长度保持不变的中性层，其位置不一定是在材料厚度的中心。如果材料类型和材料厚度一定，则中性层的位置与弯曲半径的大小有密切关系。

（3）材料参数的设置、网格的划分。

本例采用mmSI单位制进行建模

  1. 零件几何造型
    1. 凹模几何造型

单击Create Part按钮，零件名称改为Die，3D，Deformable，Solid，Extrude，点击Continue；

进入草图：

绘制圆弧，圆心(0,0)，起点(0, -15), 终点(0, 15)，圆弧外凸，下同。

绘制直线起点(0, 15), 终点(-50, 15)；

绘制直线起点(-50, 15.0), 终点(-50, -15)；

绘制直线起点(0, -15), 终点(-50, -15)；

退出草图，厚度为20。

    1. 凸模几何造型

单击Create Part按钮，零件名称改为Punch，3D，Deformable，Solid，Extrude，点击Continue；

进入草图：

绘制圆弧，圆心（0，0），起点(7.5, 0.0), 终点(-7.5, 0.0)

绘制直线起点(-7.5, 0.0), 终点(-7.5, 20.0)；

绘制直线起点(-7.5, 20.0), 终点(7.5, 20.0)；

绘制直线起点(7.5, 0.0), 终点(7.5, 20.0)；

退出草图，厚度为20.0。

    1. 板料几何造型

单击Create Part按钮，零件名称改为Sheet，3D，Deformable，Solid，Extrude，点击Continue；

绘制矩形，起点(-60.0, 0.5)，终点(60.0, 0.0)，退出草图，Depth=12.5。

创建两个点坐标分别为(23.0, 0.0, 0.0)，(-23.0, 0.0, 0.0)，使用上面两个点和边的中点剖分零件，剖分效果如图 1所示。

 

图1 Sheet剖分效果示意图

  1. 定义材料
    1. 定义板料材料（铝）

进入Property模块，点击Create Material，创建材料Material-AL，

点击General->Density，输入密度2.7e-09

点击Mechanical->Elasticity->Elastic（弹性），输入弹性材料参数（72000，0.3），

点击Mechanical->Plasticity->Plastic（塑性），输入塑性材料参数，如下：

(365, 0.0)，(435, 0.09)

点击Create Section，name=Section-Sheet，点击Continue，点击OK。

点击Assign Section，选中零件Sheet，单击鼠标中键，点击OK。

    1. 模具材料（钢）

进入Property模块，点击Create Material，创建材料Material-Steel，

点击General->Density，输入密度7.9e-09

点击Mechanical->Elasticity->Elastic，输入弹性材料参数（210000，0.3），

点击Create Section，name=Section-Steel，点击Continue，点击OK。

将Section-Steel赋给Die和Punch

  1. 装配

进入Assembly模块，点击Create Instance，导入Sheet、Punch、Die（Die导入两次）。

平移Punch-1，平移矢量(0.0, 8.0, -3.75)

旋转Die-2，转轴起点(0.0, 0.0, 0.0)，转轴方向(0.0, 1.0, 0.0)，转动角度180.0，

平移Die-2，平移矢量(23.0, -15.5, 16.25)

平移Die-1，平移矢量(-23.0, -15.5, -3.75)

装配后效果图如下

  1. 建立分析步

进入Step模块，创建1个分析步，类型为Dynamic，Explicit，时间为1e-2

  1. 建立接触关系

进入Interaction模块，点击Create Interaction Property，Type=Contact，点击Continue，

点击Mechanical->Tangential Behavior（切向特征），Friction Coeff=0.15（摩擦系数）

点击Create Interaction，Step=Step-1，Types for Selected Step=General Contact (Explicit)，

选择All* with self（或者选择接触对），点击OK。

 

  1. 建立载荷与边界条件
    1. Die的边界条件

在Inital分析步中，分别建立两个边界条件，固定两个Die的底面的6个自由度。

    1. Sheet的边界条件

设定Sheet的纵向中剖面的自由度，设定为ZSYMM。

设定Sheet的横向中剖面的自由度，设定为U1不能移动

    1. Punch的边界条件

点击Tools->Amplitude->Create，建立Equally Spaced Amplitude（Explicit必须有），名称为Amp-ES，数据（0，0），（1，1）。

在Step-1分析步中，Punch的位移，U2设定为-2250，其余设定为0，Amplitude=Amp-ES。

  1. 划分网格

单元必须设定为六面体，注意检查网格质量

画网格之前先把零件设置为非独立性，如图所示

 

点击Assign Mesh Controls，全选零件，点击鼠标中键，

Element shape>>Hex,
Technique>>Structured
点击OK，点击Done；

点击Mesh Part Instance，全选零件，点击鼠标中键，点击Done.

网格画完之后效果如下

  1. 建立分析作业，提交计算

计算结果如下

 

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