剪切损伤及冲压过程分析

冲压工艺设计是薄板冲压成型技术的关键，其过程非常复杂，涉及力学中的三大非线性问题，即几何非线性（冲压中板料产生大位移、大转动和大变形）、材料非线性（材料在冲压中产生的弹塑性变形）、边界非线性（模具的型面与板料接触产生非线性摩擦关系）。

本文以铝板冲压过程为例，探索ABAQUS仿真金属剪切损伤的方法。

1.建立part：需要建立4个part，分别为冲子、压板、铝板和模具。

首先建立冲子的模型，三维可变形的实体，以m为单位制。

草图为半径为0.1的圆，拉伸长度为0.5。

创建压板部件Part-2，其部件属性同上，其草图如下，拉伸尺寸为0.01。

创建铝板Part-3，由于铝板非常薄，可以看作是壳体，因此部件属性为三位可变形的壳。

创建模具Part-4，部件属性同冲子，其草图如下，拉伸厚度为0.4。

2.创建材料属性：冲子、压板、模具都为钢材且在冲压过程中认为是刚体，不发生变形，因此不用考虑塑性，只用设置密度、弹性模量和泊松比，铝板在冲压过程中会经历弹性变形、塑性变形及损伤演变三个阶段，因此其材料属性不仅要设置密度、弹性模量和泊松比，还要设置塑性参数及剪切损伤参数。

钢的材料参数如下图：

铝的材料参数如下图：

铝板在冲压过程受到的是剪切损伤，满足剪切准则。

上图为铝的剪切损伤部分参数，全部参数可查看inp文件。

接着设置截面属性。钢的截面属性为solid,Homogenous。铝的截面属性为shell，Homogenous，厚度为0.005，如下图。

分别将钢的截面属性赋予冲子、压板、模具，铝的截面属性赋予铝板。

3.创建装配体。在创建装配体时，选中四个部件，同时要选中红框的内容，目地是将这四个部件分开，避免都聚在一起，不容易装配。

接着进行平移，装配。

将箭头所指的两个点进行重合。重合后如图所示：

实际上壳有一定的厚度，在截面属性中设置壳的厚度为0.005。ABAQUS默认显示的是壳的中性面，因此铝板与模具的距离为0.0025。选中模具，将其沿z轴方向平移-0.0025。

平移后效果如下图所示，铝板中性面与模具之间的有0.0025的距离。

相同的方法将压板平移到铝板中性面上，然后将压板沿z轴平移0.0025。

接着平移冲子。

此时冲子没有在中心位置，需将其沿x轴平移-0.005。

平移后装配完成，其效果如下图所示。

4.建立分析步 。

输出变量要选择STATUS。

5.建立接触。在建立接触时，先创建三个参考点，参考点的位置分别在冲子、压板、模具上。

建立刚体约束（把变形体约束为不会发生平移的刚体）。Boby选择冲子（点击箭头可以选择），point选择冲子上的参考点RP-1。

采用相同的方法把压板和模具约束为刚体。

设置接触摩擦系数。

建立接触关系。选择通用接触，接触摩擦选择上一步建立的。

6.建立边界条件。约束压板、模具为完全固定。因为将RP-2、RP-3分别与压板、模具建立了刚体约束，所以约束RP-2、RP-3就是约束了压板、模具。

冲子在z方向有一个500m/s的初速度，因此只能在z轴方向进行平移，其他方向固定。边界条件的设置如下如下：

7.网格划分。四个部件的单元尺寸设为0.01，这四个部件的单元类型都是线性的，它们涉及到了接触问题。冲子、压板、模具的单元类型为C3D8R，铝板的单元类型为S4R。

8.后处理。隐去冲子、压板和模具，分析铝板被冲压过程中的变形情况及应力。

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