[發(fā)明專利]用于有限元模擬的二維型材拉彎夾頭運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910344046.8
• 申請日: 2019-04-26
• 公開（公告）號(hào): CN110135018A
• 公開（公告）日: 2019-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王安洋;王永軍;仝朋艷;劉輝;閭家陽;孫興;顧銳
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 慕安榮

一種用于有限元模擬的二維型材拉彎夾頭運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)方法，針對型材拉彎成形有限元模擬過程中位移邊界條件的確定問題，建立基于端面形心耦合控制點(diǎn)的夾頭運(yùn)動(dòng)軌跡的計(jì)算方法，將拉彎過程中夾頭運(yùn)動(dòng)軌跡的計(jì)算方法與有限元模擬位移邊界條件的定義方法相結(jié)合，能夠針對不同的預(yù)拉量和應(yīng)變中性層內(nèi)移量，得到有限元模擬過程中夾頭運(yùn)動(dòng)軌跡。本發(fā)明彌補(bǔ)了傳統(tǒng)的等曲率二維型材拉彎夾頭運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)當(dāng)中的不足，適應(yīng)拉彎過程中預(yù)拉伸量、中性層內(nèi)移量及補(bǔ)拉伸量這三方面的拉彎參數(shù)，能夠快速計(jì)算出拉彎夾頭運(yùn)動(dòng)軌跡，順利完成了有限元模擬拉彎夾頭運(yùn)動(dòng)軌跡邊界條件定義，模擬結(jié)果表明夾頭運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)方法準(zhǔn)確可靠。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是二維型材拉彎成形有限元模擬技術(shù)，具體是一種用于有限元模擬的二維型材拉彎夾頭運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)

拉彎成形作為一種重要的型材彎曲成形工藝，具有回彈小，質(zhì)量好的優(yōu)勢，在飛機(jī)、火箭、高鐵、汽車制造及建筑行業(yè)中應(yīng)用廣泛。拉彎成形的原理是金屬型材在彎曲的同時(shí)加以切向力作用，截面內(nèi)為拉應(yīng)力狀態(tài)，應(yīng)力均勻，從而成形后回彈較小。拉彎工藝參數(shù)有預(yù)拉伸量、彎曲過程中應(yīng)變中性層的內(nèi)移量、補(bǔ)拉伸量等，這些參數(shù)直接影響拉彎件的回彈量。為了預(yù)測回彈及優(yōu)化拉彎成形工藝參數(shù)，常采用數(shù)值模擬的方法模擬拉彎成形過程，拉彎成形數(shù)值模擬中加載軌跡的設(shè)計(jì)十分重要，影響著拉彎成形模擬的精度。拉彎成形模擬建模過程中，型材的加載方式一般采用拉力控制或位移控制。拉力控制實(shí)際過程復(fù)雜，但模擬過程簡單，易于實(shí)現(xiàn)。位移控制實(shí)際過程簡單，但模擬過程較拉力控制加載復(fù)雜，需要建立夾頭的運(yùn)動(dòng)軌跡，但位移控制模式在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用更加廣泛。

通過檢索文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的關(guān)于拉彎夾頭軌跡設(shè)計(jì)的發(fā)明專利CN102366770A中公開了一種新型張臂式拉彎機(jī)拉彎加載軌跡的設(shè)計(jì)方法，該方法是針對等曲率的型材彎曲零件，進(jìn)行拉彎加載軌跡設(shè)計(jì)，并且沒有涉及型材拉彎過程中應(yīng)變中性層內(nèi)移量對拉彎成形過程的影響。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的僅針對等曲率的型材彎曲零件的不足，本發(fā)明提出了一種用于有限元模擬的二維型材拉彎夾頭運(yùn)動(dòng)軌跡設(shè)計(jì)方法。

本發(fā)明的具體過程是：

步驟1：提取型材彎曲零件三維數(shù)模的形心引導(dǎo)線并離散；

提取型材彎曲零件三維數(shù)模的形心引導(dǎo)線：

建立所述形心引導(dǎo)線的坐標(biāo)系；所述坐標(biāo)系原點(diǎn)位于該形心引導(dǎo)線的起始點(diǎn)O處，該坐標(biāo)系的XOY平面是拉彎機(jī)夾頭工作運(yùn)動(dòng)所在平面，坐標(biāo)系的X軸與提取的型材彎曲零件三維數(shù)模的形心引導(dǎo)線起始點(diǎn)相切；

離散：

將提取得到的形心引導(dǎo)線離散等分為n段，n＝1,2,3，……n。所述各離散段兩端的點(diǎn)為節(jié)點(diǎn)i，共有n+1個(gè)節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)號(hào)i＝0,1,2,3，……n。

各離散段兩端節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)分別為(X_i,Y_i)和(X_i+1,Y_i+1)。

所述步驟1中提取的型材彎曲零件三維數(shù)模的形心引導(dǎo)線的起始點(diǎn)位于該型材彎曲零件三維數(shù)模橫截面形心點(diǎn)處，并使該形心引導(dǎo)線與所述型材彎曲零件三維數(shù)模彎曲方向的幾何中心線重合；形心引導(dǎo)線的弧長與型材彎曲零件弧長相同。

所述得到的i段離散段均為弧段；做弧段i遠(yuǎn)離坐標(biāo)系原點(diǎn)端的切線，并使該坐標(biāo)系原點(diǎn)至該切線切點(diǎn)的長度與切線的長度之和等于所述型材彎曲零件的長度；所述的弧段為該離散段的彎曲段，所述的切線為該離散段的未彎曲段。

步驟2，確定各離散段的參數(shù)；

所述的參數(shù)包括各離散段的弦長、各離散段弦長的總和，以及各離散段的未彎曲段與所述坐標(biāo)系中X軸的夾角；

確定各離散段的弦長：通過公式(1)確定所述各離散段的弦長為△S_i+1