基于有限元方法的板料成形模具可靠性设计[外文翻译].rar

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基于有限元方法的板料成形模具可靠性设计
Ilker Demir，Oguz Kayabasi，Bulent Ekici

摘要
板料成形模具中，最大应力一般出现在连接模具与框架的金属棒上。采用有限元方法和可靠性分析研究金属棒的疲劳性给模具寿命的预测带来了很大的方便。为了降低板料成形模具中的应力，同时提高它的疲劳寿命，论文提出一种有效的设计方案，即将有限元分析、近似模型、数值优化算法和可靠性设计方法Monte Carlo模拟集成在一起从而形成了一种自动设计工具。
这种集成的可行性在使用可靠性设计技术时得到了检验，最终借助可靠性设计结果将金属棒的疲劳性预测了出来，分析结果中显示材料的体积节省了43%，应力值也比最初设计时降低46.3% ，疲劳系数降低了36%。
1. 引言
板料成形工艺中，计算机辅助工程（CAE）、计算机辅助设计(CAD)和计算机辅助制造(CAM)这三项技术是基础。尤其是在汽车制造业中，由于板成形模具主要在高负载条件下工作，所以成本很高，为此，提高模具工作部分的使用时间对降低大量生产的成本来说就显得非常重要。在板料成形过程中，模具结构中会产生很大的应力，模具要挤压金属数十万次，该过程中一个最重要的问题就是预测模具工作部分的疲劳寿命[1]。基于这个原因，模拟板料成形模具的变形问题和预测它的疲劳寿命已成为近期关注的重要问题，同时有限元方法（FEM）也变得越来越重要，尤其是在模拟变形和疲劳的过程中。有限元方法的研究用的是理想模型，但现实制造业中并不存在这种模型，因为会出现一些不可预测的设计参数。为了避免这些参数带来的不确定性，设计人员常使用安全系数。近些年来，一些设计人员又开始使用可靠性设计技术来替代这些安全系数。可靠性设计技术甚至在一些困难的工程领域如实体或中空模具在挤压时的性能分析[2]，焊接钢管结构的疲劳性分析[3]及隧道支撑设计[4]等方面也得到了广泛有效的应用。
板料成形模具中，最大应力一般出现在连接模具与框架的金属棒上。用有限元方法和可靠性分析研究金属棒的疲劳性给模具寿命的预测带来了很大的方便。板料成形设计时，摩擦力和压边力会带来一些不确定性，这时可以通过Monte Carlo模拟来分析系统的可行性[5]，即使已经得到了疲劳性测试的结果，该结果