[发明专利]一种型材三维拉弯成形性预测评价优化方法

权利要求书

1.一种型材三维拉弯成形性预测评价优化方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、建立有限元计算模型，预测型材在三维拉弯后及回弹后的有限元计算结果，进而得到型材三维拉弯成形性；

S2、根据型材在三维拉弯后及回弹后的有限元计算结果评价型材三维拉弯成形性；

S3、根据有限元计算模型和成形性要求，优化三维拉弯成形性参数，进而优化三维拉弯成形性；

所述有限元计算模型的建模方法包括以下步骤：

S1-1、单元定义：根据模具和未三维拉弯型材的数据，采用ABAQUS获取型材的中面、模具与型材的接触面并对型材的中面、模具与型材的接触面划分网格，得到模具网格和型材中面网格，其中模具网格包括固定模具网格、正下方的下侧整形模具网格和型材斜上方的侧方整形模具网格；

S1-2、材料定义：将固定模具网格、正下方的下侧整形模具网格和型材斜上方的侧方整形模具网格设置为离散刚体，并在各自的质心位置处添加运动参考点，将型材中面网格设置为弹塑性，并在型材中面网格厚度方向设置至少五个高斯积分点；

S1-3、接触定义：根据ABAQUS将步骤S1-2中所有的模具网格和型材中面网格建立通用接触属性，并通过库伦摩擦公式得到型材与所有拉弯模具接触界面的切向行为；若型材为多层焊接型材，根据两层壳单元相互绑定方法进行模拟，根据焊点直径设置绑定区域的尺寸；

S1-4、载荷定义：

S1-4-1、建立参考点A-E；

A点在型材中间截面远离拉弯模具型材水平方向上方；

B点在夹钳夹持端向外处，且保证AB点连线与初始型材轴线平行；

C点在B点竖直向下处；

D点位置使得DC连线同时与BC连线、ED连线垂直；

E点位于夹钳夹持端与型材轴线交点处；

S1-4-2、根据参考点建立参考坐标系：

将下方整形模具固定端截面上任一网格节点作为坐标原点O，竖直向上方向作为X轴，与型材轴线初始位置垂直方向为Y轴，与型材轴线初始位置平行方向为Z轴，建立局部坐标系O-XYZ；

将侧方整形模具固定端截面上任一网格节点作为坐标原点O₂，侧方整形模具指向型材对应整形表面的方向作为X₂轴，在固定端截面内与X₂垂直方向为Y₂轴，根据右手定则确定Z₂轴，进而建立局部坐标系O₂-X₂Y₂Z₂；

将A点作为坐标原点O₃，AB线作为X₃轴，Y₃轴方向与型材轴线初始位置平行，方向由型材指向固定模具，根据右手定则确定Z₃轴并作为虚拟立柱，建立坐标系O₃-X₃Y₃Z₃；

S1-4-3、根据参考坐标系施加载荷：

对DE线施加圆柱副作为虚拟夹钳，并在E点对型材施加沿型材轴向的拉力F；

对AB线施加刚性连接约束，将AB线作为虚拟横张臂、BC线作为虚拟纵张臂、CD线作为虚拟引伸臂；施加绕Z₃轴的正向角位移θ_Z，使型材弯曲靠入固定模具；

对A点施加Z₃轴正向位移S_Z，带动型材端部上升，使型材端部进入固定模具；

使下方整形模具和侧方整形模具分别沿局部坐标系O-XYZ的X轴和局部坐标系O₂-X₂Y₂Z₂的X₂轴移动，完成对型材外观面的整形；

S1-5、根据ABAQUS建立动态显示分析步，得到型材三维拉弯成形结果，并将型材三维拉弯成形结果作为拉弯回弹有限元计算模型；

S1-6、在型材拉弯成形结果作为拉弯回弹有限元计算模型基础上，以型材内应力作为回弹载荷，得到型材回弹后的型材位置，进而得到型材在回弹后的有限元计算结果，即完成对型材三维拉弯成形性预测。

2.根据权利要求1所述的型材三维拉弯成形性预测评价优化方法，其特征在于：所述型材三维拉弯成形结果包括型材三维拉弯成形后应力应变状态、厚度分布和单元节点位置。

3.根据权利要求2所述的型材三维拉弯成形性预测评价优化方法，其特征在于：根据型材在三维拉弯后及回弹后的有限元计算结果评价型材三维拉弯成形性的方法包括：

评价型材三维拉弯截面变形量：

根据加权均方误差公式

Δ_ε＝max(ε_i)

得到型材多个测量截面中变形最严重的一个截面的评价值，即型材三维拉弯截面变形量的评价指标Δ_ε，其值越大，截面变形越严重；其中ε_i为第i个测量截面的评价结果；P为每个截面需要测量的尺寸个数；W_j为第j个尺寸的权重系数即常数且0<W_j<1；S_0j为成形前尺寸j的测量值；S_ij为成形后第i个测量截面内尺寸j的测量值；

评价型材三维拉弯截面回弹量：

根据公式

Δ_R＝R₂-R₁

得到型材三维拉弯回弹半径与设计型材的半径匹配程度，即型材三维拉弯截面回弹量评价指标Δ_R；其中R₂为型材三维拉弯回弹后的弯曲半径计算值，R₁为型材设计弯曲半径；

根据公式

I＝W_εW_aΔ_ε+W_RΔ_R

W_a＝Δ_R/Δ_ε

W_ε+W_R＝1

得到型材三维拉弯成形性的指标I，即型材三维拉弯成形性的评价结果；其中W_ε为型材三维拉弯截面变形项的权重；W_a是平衡截面变形和弯曲回弹两项之间量级的权重；Δ_ε是型材三维拉弯截面变形量的评价指标；W_R为弯曲回弹项的权重；Δ_R为型材三维拉弯回弹量评价指标。