7.7.2　有限元模型

选择复合曲率零件作为研究对象，其具有平行于拉伸方向的波浪状曲线，如图7.20所示。板材初始尺寸为2030mm×1250mm，厚度为1mm。为了抑制压痕缺陷，在金属板的两侧各放置2块10mm厚度的聚氨酯橡胶板。使用Abaqus/Explicit建立柔性拉压复合成形的有限元模型，如图7.21所示。由于对称性，仅对1/4的夹紧机构、多点模具、板材、聚氨酯橡胶板和液压缸进行建模，并对板材和聚氨酯橡胶板施加对称边界条件。在网格处理方面，对多点模具、夹紧机构和夹钳采用R3D4刚性单元建模，因为它们在成形过程中不发生变形。使用尺寸约为5mm×5mm的S4R单元对金属板材进行网格划分，沿厚度方向设置5个辛普森积分点，每个单元采用1个减缩积分点以及采用有效的沙漏控制技术来实现沙漏稳定。聚氨酯橡胶板在整个厚度范围内使用4层C3D8R固体单元进行建模，对每个单元使用1个节点的减缩积分及沙漏控制设置，以避免模拟过程中的沙漏变形。为了模拟液压缸在实际成形过程中的运动，采用Axis & Cardan连接单元对液压缸进行建模。此外，预拉伸和包覆力分别由水平缸和倾斜缸施加，且按照线性增加的方式从0加载到预设值。

图7.20　零件目标曲率

(https://www.daowen.com)

图7.21　柔性拉压复合成形有限元模型及板材分区

采用通用接触算法，假设接触副界面处的摩擦行为遵循库仑模型。在MMW-1A30立式万能摩擦磨损试验机上进行了摩擦试验，试验几何形状为旋转滑动模式下固定环上的旋转垫圈，不同接触对的摩擦系数如表7.1所示。此外，由于没有相对滑动运动，采用硬摩擦接触方式来模拟夹钳和金属板材之间界面处的摩擦行为，这是一种用来模拟两个接触面之间无滑移位移的切向摩擦行为，即规定了界面的摩擦系数为无限大。此外，应注意的是，图7.21中（b）阶段到（d）阶段的成形过程是在Abaqus/Explicit中进行的，回弹分析是通过将Abaqus/Explicit中的数值结果导入Abaqus/Standard进行的。

表7.1　不同接触对的摩擦系数