Ansys 案例研究 | 钣金成型的回弹 原创

概述：

回弹是指材料在弯曲后，能够在一定程度上恢复角度变形的行为。这是钣金成型的固有行为，金属板是通过机械行为成型的。本案例展示了使用 ANSYS 显式动力学分析和静态结构分析模拟金属成形和回弹过程的工作流程。金属成形过程通过显式动力学分析进行模拟，回弹则在静态结构分析中完成，因为在回弹过程中动态效应可以忽略不计。

目标：

熟悉使用ANSYS显式动力学分析进行钣金成型仿真的工作流程

步骤：

1、模拟钣金成型过程。

1.1、打开ANSYS工作台，创建一个“显式动力学”分析，检查各个单元。我们将使用默认的结构钢作为钣金，并添加一种双线性各向同性硬化，屈服强度为470MPa，切线模量为1000MPa。

1.2、导入几何体(见图1)。

图 1  钣金成型模型的几何形状

1.3、网格化模型。金属板材初始厚度为3毫米。将机器部件改为刚体，仅保留钣金作为柔性体。使用全局网格尺寸为5米。

1.4、指定边界条件并定义分析类型。接头是控制刚性机械部件运动的有效工具。固定除顶部部件以外的所有机械部件。使用平移接头使顶部机械部件在0.01秒内向下移动40毫米。边界条件的示意图如图2所示。

图2  边界条件示意图

1.5、运行仿真。图2显示了壳单元底部表面等效塑性应变的等高线图。

图3 等效塑性应变的等高线图

2、准备用于回弹分析的数据

2.1、请求用户自定义输出壳体厚度、节点位置、壳体顶部和底部表面的应力分量以及等效塑性应变。

2.2、将这些输出导出为文本文件。

2.3、编辑这些数据的格式，使应力和应变表也包含位置信息，如图4所示。

图4  数据格式示意图

3、导入回弹分析数据

3.1、创建静态结构分析。将“显式动力学”解法与“静态结构”分析模型相结合。该过程将传递几何形状的变形形态，但并不会涉及初始应力或应变。

3.2、创建一个外部数据组件。读取厚度数据。将外部数据传输到“静力结构”分析模式中。

3.3、创建一个外部数据组件。读取应力与应变数据。将外部数据导入“静态结构”分析的设置中。该过程会将初始应力与初始应变信息传递至静态结构分析中。

4、进行回弹分析

4.1、在Mechanical中打开模型。

4.2、读取所有导入数据。

4.3、为板材的左侧边缘定义一个固定边界条件。

4.4、运行仿真。回弹后最终变形的等值线图如图5所示。

图5  弹簧回弹后变形的等高线图

总结：

本案例演示了如何利用显式动力学和静态结构分析进行钣金回弹模拟的方法。数据导出与导入的概念与框架可适用于多种其他应用和分析类型。

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