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    基于對金屬管材塑性成型的特點和有限元方法的認識和理解，結(jié)合ABAQUS 有限元模擬仿真軟件的功能特點來建立彎頭反推的有限元模型，采用的網(wǎng)格類型、邊界條件、加載路徑等參數(shù)也將根據(jù)以上條件來選取。

1、幾何模型的導入

    Part 模塊是ABAQUS/CAE 供給的建模器材，可以在此模塊中直接創(chuàng)立若干模型，部件模型可以是三維實體模型、二維平面模型、以及軸對稱模型，類型包括可變形體、離散性剛體與解析性剛體，幾何狀態(tài)有任意的三維實體、二維或三維的殼體、線框體和坐標點，同時也接納專業(yè)的CAD 軟件建模，選擇ABAQUS 所接受的文件格式導入ABAQUS 中。

    本文采用的即是在三維建模軟件 UG 中創(chuàng)建模型，然后以igs 格式導入ABAQUS中建立仿真模型的方法。基于該模型具有幾何對稱性，同時為了減少計算成本，選擇模型的二分之一來進行有限元的模擬仿真分析。

    在 ABAQUS 中模具、芯棒和推頂裝置視為離散剛體，并建立為殼體，如圖2-4所示為所建立的彎頭反推的有限元模型。

2、材料屬性

    對于 Φ219、Φ508 這兩種規(guī)格的彎頭，使用的材料均為S316，表2-3 所示即為從文獻中所查出的S316 材料屬性參數(shù)。為了能夠得到更為準確的材料參數(shù)，從目前生產(chǎn)所用S316 管中取得試樣，對材料在電子萬能高溫試驗機上對試樣進行了拉伸試驗，如圖2-5 所示，即為做拉伸試驗的現(xiàn)場圖，如圖2-6 所示為所取試樣的應力應變曲線。

 3、單元類型選擇

    ABAQUS 有非常豐富的單元庫，單元種類達到433 種，在ABAQUS/Explicit 的單元庫中包括二維和三維的線性減縮積分單元以及修正的二次Tri 和Tet 單元，并沒有二次完全積分的連續(xù)體單元。線性減縮積分單元存在“沙漏”問題，在模型中劃分的單元越多，這種剛度對沙漏模式的限制越有效，同時可以選擇設置沙漏控制參數(shù)為Enhanced、Relax Stiffness、Stiffness、Viscous 或Combined。本文在模擬彎頭反推過程中對于模具、芯棒和推頂裝置使用了離散剛體單元類型R3D4（4 節(jié)點三維雙線性剛性四邊形單元），又綜合彎頭模型的結(jié)構(gòu)不規(guī)則性和變形的復雜性，本文采用的單元類型為C3D4（4 節(jié)點線形四面體單元）。

 4、邊界條件的定義

    (1)對稱面的確定。彎頭反推的成形原理較為復雜，是較為復雜的大變形成形，也是關(guān)于X-Y 面的對稱結(jié)構(gòu)。為了計算過程的方便簡潔以及后處理的方便，本文基于關(guān)于X-Y 面的對稱結(jié)構(gòu)建立了仿真模型。

    (2)摩擦條件的確定。在模擬彎頭反推過程中管坯與模具之間間隙值、管坯與芯棒之間間隙值以及在變形過程中摩擦力的大小對彎頭的成形質(zhì)量都有非常大的影響，同時對于摩擦問題的處理是否妥當對模擬結(jié)果的真實性影響也非常大。在ABAQUS 中經(jīng)常使用以下幾種摩擦模型：庫倫摩擦、罰函數(shù)摩擦、動力學摩擦和Lagrange 摩擦等模型。

      本文中選擇應用的摩擦模型為庫倫摩擦模型，彎頭與模具之間滿足庫倫摩擦條件，摩擦系數(shù)根據(jù)不同需求來設置，將法向方向設置為硬接觸。

     (3)加載方式的確定。在彎頭反推過程中，模具與芯棒固定，以推頂裝置推動彎頭轉(zhuǎn)動為加載方式，當彎頭轉(zhuǎn)過90°時停止運動。

 5、求解器模塊選擇

    ABAQUS/Explicit 求解器模塊采用的是顯示動力學的有限元格式，適用于分析求解準靜態(tài)問題和各種較為復雜的非線性的動力學問題，特別是對瞬時、短暫的動態(tài)事件的模擬，如沖擊、爆炸等諸如此類的問題。基于ABAQUS/Explicit 求解器的特點同時考慮到彎頭反推是一個復雜的準靜態(tài)問題以及考慮到計算速度的問題，在彎頭反推模擬過程中本文選用了ABAQUS/Explicit 求解器。