采用ABAQUS针对航空某型材件的拉弯分析

采用ABAQUS针对航空某型材件的拉弯分析


美国ABAQUS软件公司北京代表处 梁明刚

前言：型材拉弯工艺的广泛应用触及了航空航天、汽车、机械设备以及建筑等多个工业领域。随着高新技术的不断发展，工业设计工程师对于计算机仿真技术的需求与时俱进。ABAQUS以其卓越的非线性问题处理能力，得到了广大工业客户的认可。本文以航空工业中的某型材拉弯产品为例，阐述了在ABAQUS软件中的分析流程。本文对工程提出的四种加工方案进行详细分析，并结合回弹结果进行比较，最终提出改进方案。经过实践验证，仿真分析结果与实际结果高度一致，为设计工程师提供了高度可信的参考数据。




一、模型描述

首先，将造型设计工程师提供型材产品目标形状的几何模型导入至ABAQUS/CAE软件中，参考图1所示。

综合考虑型材的几何对称性，我们专注于对1/2模型进行拉弯过程分析，图2显示了实际模型的一半。考虑到型材壁厚与表面长宽之间的比例关系，模型进一步简化为壳结构，参照图3以及图4生成刚体模具模型、有限元网格模型，以及装配模型、有限元模型。

二、分析方案

基于实际加工过程的因素以及特定类型材拉弯问题的专业考量，分别使用ABAQUS/Standard模块进行成形分析。对四种方案（直接拉弯、先拉伸再拉弯、先拉弯后拉伸、先拉伸、拉弯、再拉伸）进行了划分。接着，通过回弹量、型材厚度变化量、局部型材变形量的综合考量，为实际加工提供决策参考。

三、分析结果

依据提出的四种方案，生成相应的分析模型进行计算。总结四种方案的Mises应力、等效塑性应变、型材壁板厚度以及最终回弹量等关键参数对比结果。图5图9分别展示了Mises应力分布、等效塑性应变分布以及壁板厚度分布的云图。对比结果显示方案2与方案4的Mises应力和等效塑性应变均匀分布，而方案1和方案3的应力与应变分布则相对集中，而方案2与方案4的优势在于应力分布更均匀。表一列出了四种方案的计算结果对比。

四、总结

从表一可看出，方案2和方案4在成形效果上表现出回弹量相比较小、应力集中小、变形相对均匀等特点。尤其方案4更为突出，考虑到这一特点，方案4应作为实际加工流程的优选过程。

五、方案改进

从方案4出发，通过微调模具形状，以达到控制最终成形回弹量的目的。考虑初始方案4的回弹量为2.8mm，通过减小模具圆弧部分的半径不均匀高度2.8mm。经过首次调整，观察到最终型材的位置与原目标位置相比，位移大小为148.6mm，此位置值与方案4中的预期结果148.9mm仅相差0.3mm。

最终，通过对模具的进一步详细调整，可以显著减少回弹量。再次计算表明，型材最终准确停留在148.9mm位移的位置。这标志着得到了与设计目标完全吻合的结果，达到了过程改进的目标。

通过本研究，表明基于ABAQUS的模拟分析在型材件的拉弯工艺优化上具有重要的实际应用价值，有助于实现快速、精准的产品开发，降低实际生产过程中的试错成本，提高产品设计的可靠性与精准度。