[发明专利]用于有限元模拟的二维型材拉弯夹头运动轨迹设计方法

说明书

一种用于有限元模拟的二维型材拉弯夹头运动轨迹设计方法，针对型材拉弯成形有限元模拟过程中位移边界条件的确定问题，建立基于端面形心耦合控制点的夹头运动轨迹的计算方法，将拉弯过程中夹头运动轨迹的计算方法与有限元模拟位移边界条件的定义方法相结合，能够针对不同的预拉量和应变中性层内移量，得到有限元模拟过程中夹头运动轨迹。本发明弥补了传统的等曲率二维型材拉弯夹头运动轨迹设计当中的不足，适应拉弯过程中预拉伸量、中性层内移量及补拉伸量这三方面的拉弯参数，能够快速计算出拉弯夹头运动轨迹，顺利完成了有限元模拟拉弯夹头运动轨迹边界条件定义，模拟结果表明夹头运动轨迹设计方法准确可靠。

技术领域

本发明涉及的是二维型材拉弯成形有限元模拟技术，具体是一种用于有限元模拟的二维型材拉弯夹头运动轨迹设计方法。

背景技术

拉弯成形作为一种重要的型材弯曲成形工艺，具有回弹小，质量好的优势，在飞机、火箭、高铁、汽车制造及建筑行业中应用广泛。拉弯成形的原理是金属型材在弯曲的同时加以切向力作用，截面内为拉应力状态，应力均匀，从而成形后回弹较小。拉弯工艺参数有预拉伸量、弯曲过程中应变中性层的内移量、补拉伸量等，这些参数直接影响拉弯件的回弹量。为了预测回弹及优化拉弯成形工艺参数，常采用数值模拟的方法模拟拉弯成形过程，拉弯成形数值模拟中加载轨迹的设计十分重要，影响着拉弯成形模拟的精度。拉弯成形模拟建模过程中，型材的加载方式一般采用拉力控制或位移控制。拉力控制实际过程复杂，但模拟过程简单，易于实现。位移控制实际过程简单，但模拟过程较拉力控制加载复杂，需要建立夹头的运动轨迹，但位移控制模式在实际生产中应用更加广泛。

通过检索文献发现，现有的关于拉弯夹头轨迹设计的发明专利CN102366770A中公开了一种新型张臂式拉弯机拉弯加载轨迹的设计方法，该方法是针对等曲率的型材弯曲零件，进行拉弯加载轨迹设计，并且没有涉及型材拉弯过程中应变中性层内移量对拉弯成形过程的影响。

发明内容

为克服现有技术中存在的仅针对等曲率的型材弯曲零件的不足，本发明提出了一种用于有限元模拟的二维型材拉弯夹头运动轨迹设计方法。

本发明的具体过程是：

步骤1：提取型材弯曲零件三维数模的形心引导线并离散；

提取型材弯曲零件三维数模的形心引导线：

建立所述形心引导线的坐标系；所述坐标系原点位于该形心引导线的起始点O处，该坐标系的XOY平面是拉弯机夹头工作运动所在平面，坐标系的X轴与提取的型材弯曲零件三维数模的形心引导线起始点相切；

离散：

将提取得到的形心引导线离散等分为n段，n＝1,2,3，……n。所述各离散段两端的点为节点i，共有n+1个节点。节点号i＝0,1,2,3，……n。

各离散段两端节点的坐标分别为(X_i,Y_i)和(X_i+1,Y_i+1)。

所述步骤1中提取的型材弯曲零件三维数模的形心引导线的起始点位于该型材弯曲零件三维数模横截面形心点处，并使该形心引导线与所述型材弯曲零件三维数模弯曲方向的几何中心线重合；形心引导线的弧长与型材弯曲零件弧长相同。

所述得到的i段离散段均为弧段；做弧段i远离坐标系原点端的切线，并使该坐标系原点至该切线切点的长度与切线的长度之和等于所述型材弯曲零件的长度；所述的弧段为该离散段的弯曲段，所述的切线为该离散段的未弯曲段。

步骤2，确定各离散段的参数；

所述的参数包括各离散段的弦长、各离散段弦长的总和，以及各离散段的未弯曲段与所述坐标系中X轴的夹角；

确定各离散段的弦长：通过公式(1)确定所述各离散段的弦长为△S_i+1