[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

摘要

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。

主权项

1.一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，其特征在于，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)；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确定各离散段弦长的总和：通过公式(2)确定离散后第1离散段弦长到第i+1离散段弦长的总和S_i+1S_i+1＝S_i+△S_i+1  (2)公式(2)中，S_i为提取得到的形心引导线离散段第1离散段弦长到第i离散段弦长的总和；确定各离散段的未弯曲段与所述坐标系中X轴的夹角：通过公式(3)确定所述的夹角θ_i+1步骤3，确定各离散段增加的延长量和型材弯曲零件三维数模的形心引导线未弯曲段长度；确定各离散段增加的延长量：因为拉弯过程中型材弯曲零件的应变中性层向腹板底端靠近向模具端移动，对每个离散段补偿拉伸量，相当于形心引导线延长；当应变中性层内移时，通过公式(4)计算拉弯过程中每个离散段的延长量：第i+1段离散段增加的延长量△L_i+1：△L_i+1＝△L_i+|△R_i(θ_i+1‑θ_i)|  (4)公式(4)中，θ_i为型材弯曲零件三维数模的形心引导线未弯曲段与X轴的夹角；△R_i为应变中性层的内移量，△L_i为第i段离散段增加的延长量；确定型材弯曲零件三维数模的形心引导线未弯曲段长度：首先通过公式(5)确定有限元模拟的型材弯曲零件的预拉伸量△L_A：△L_A＝εL₀  (5)公式(5)中，ε为有限元模拟的预拉伸长度占型材原始长度的百分比，L_O为型材的原始长度；通过公式(6)确定型材弯曲零件三维数模的形心引导线未弯曲段长度L_i+1：L_i+1＝L_o‑S_i+1+△L_A+△L_i+1  (6)步骤4，确定型材弯曲零件三维数模的形心引导线末端的X坐标和Y坐标根据得到的型材弯曲零件三维数模的形心引导线未弯曲段的长度，计算该型材弯曲零件三维数模的形心引导线末端在坐标系中的X坐标和该型材弯曲零件三维数模的形心引导线末端在坐标系中的Y坐标；通过公式(7)、(8)得到所述型材弯曲零件三维数模的形心引导线末端的X坐标和Y坐标X坐标Y坐标步骤5，确定夹头运动位置；所述夹头运动位置是指拉弯过程中夹头与各离散段分别对应的位置；所述的位置为坐标系中的X坐标和Y坐标；将夹头特征长度L_c代入公式(9)、(10)中，分别得到拉弯过程中夹头运动位置的X坐标和拉弯过程中夹头运动位置的Y坐标夹头运动位置的X坐标夹头运动位置的Y坐标夹头在拉弯过程中的与第i离散段对应的位置为C_i；步骤6，夹头运动位置坐标的变换通过公式(11)对得到的拉弯过程中夹头运动位置坐标进行变换，得到夹头运动的位移值；其中：分别为第i个节点对应的夹头运动位置的横坐标、纵坐标和与坐标轴X轴夹角；分别为弯曲过程中夹头运动起始点位置的横坐标、纵坐标、与坐标轴X轴的夹角；分别为第i个节点对应的夹头运动的X方向位移分量、Y方向位移分量和与坐标轴X轴的夹角的角度变化量；步骤7，确定夹头位移的幅值；通过对夹头位移值的归一处理确定夹头位移的幅值；分别找出该夹头位移值中X坐标中绝对值的最大值和Y坐标中绝对值的最大值；通过公式(12)～(15)对夹头位移进行归一处理，确定夹头位移的幅值，并将该幅值输入有限元模拟软件中，用于定义夹头运动轨迹；具体过程是：X方向位移幅值Y方向位移幅值角度变化的幅值时间变化幅值其中：为X方向的位移分量绝对值的最大值，为Y方向的位移分量绝对值的最大值，为拉弯过程当中角位移的绝对值的最大值；为X方向的位移幅值，为Y方向的位移幅值，为拉弯过程当中角度变化的幅值，t_i为弯曲过程中时间变化，为拉弯过程当中夹头初始位置时的初始角度；至此，完成了用于有限元模拟的二维型材拉弯夹头运动轨迹设计。