最新水平的金属板料成形数值模拟仿真技术[外文翻译].doc

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最新水平的金属板料成形数值模拟仿真技术
A. Erman Tekkaya
机械工程学系，中东技术大学，06531安卡拉，土耳其

摘要
本文从一个简单的金属板材成形数值模拟探索的历史概述开始，从数值模拟的角度给出了大体积材料和金属板料成形过程的比较，总结了仿真工具适用者的基本要求，简单的讨论了各种可能的方法，特别强调了静态显式和动态隐式有限元程序，也有不同元素类型的综述，给出了可用的重要商业有限元程序包，对仿真工具的应用现状进行了讨论，一些典型的工业应用情况表明目前的分析能力最后，试图预言未来的发展情况。

1.简介
在具有世界领先水平的汽车制造公司工作的成形方面的专家Schacher【２２】总结了关于此行业目前的压力：在过去，我们每十年开发三个新车型，现在我们每三年开发十个新车型。开发周期的大幅减小以及降低汽车重量以减少燃料消耗的趋势导致了传统的设计方法和制造程序要重新建立，特别是在汽车制造业。金属板材成形作为重要的生产过程（见例子【１４】）是基于大量的经验和反复试错的过程。这些循环重复的越少原材料的浪费就越少。在设计的创新过程中，被命名为虚拟生产现代数值模拟分析减少了试错的过程，本文的目的就是讨论在金属板材成形数值模拟行业的现状和未来可能的发展。
金属板料成形模拟的尝试可以追溯到20世纪60年代，板材成形过程的第一个数值解决方案已经由有限差分法【３１】得到解决。图1【２５】给出了一个典型的利用有限差分法解决拉伸成形问题的例子。在这里，与试验结果的比较表明直至板料破裂都相当吻合。然而，这些方法仅限于轴对称问题。虽然在20世纪90年代就尝试用三维有限元法【１９】取代一般的方法解决拉深问题，由于不能使用一般的边界条件的严重缺点，他们无法确定用有限元法是否能做得完美。金属板料数值模拟的真正突破是通过有限元方法的应用。Gotoh and Ishise【８】 and Wang and Budiansky【２７】and Wifi【３０】都做了创造性的研究。前两个研究是利用一弹塑性材料的规律，而后者采用了硬质塑料的规律，此外，元素类型分别是薄膜【２７】和连续体。第一个3D应用程序是由Tang【２４】 and Toh and Kobayashi【２６】等人开发的。提及的所有的研究都是静力隐式的或静力显式的类型。动力显式方法是出于Belytschko and Mullen【３】的研究。Benson and Hallquist【４】的工作把这个理论应用到变形力学。用人工力量代替拉延筋，例如，Massoni【１５】等人的应用。Wang and Wenner［２８］首先考虑纳入粘性的影响。Xing and Makinouchi［３４］已经做了形变耦合模型。