摘要：本文基于安世亞太自主研發的結構仿真軟件PERA SIM Mechanical建立了折彎成形仿真的過程，從導入幾何模型開始，到劃分全六面體網格、賦予模具和板料不同的材料參數、施加邊界條件和載荷模擬折彎過程，以及設置非線性分析參數、進行非線性分析調試，最終得到分析結果，實現了板料折彎成形的全過程3D仿真。分析得到的反力結果和最終板的變形結果，對板折彎過程中機器噸位的選擇和板折彎后的形狀預測都具有一定的指導意義。

關鍵詞：折彎成型；非線性；塑性

1.引言

板料折彎成形是指把薄板材料彎成一定角度的加工方法。對于絕大多數的板材折彎而言，CAE分析其折彎過程沒有太大的意義，工程經驗或者折彎系數表就足以解決絕大部分問題；但是對于厚板或者說對于折彎R數值小于板材厚度的，折彎CAE分析其折彎過程還是有意義的：1)對于折彎處形狀的精確預算；2)折彎后折彎點尺寸的變化；3)折彎過程接觸區域變形和設備噸位精確預測。對于某些板材折彎后需要包膠，如果不能精確預測折彎處形狀和數值，會影響后續塑膠模具的開發，或者折彎后需要精確裝配的折彎件，如果不能預測折彎處形狀，會影響后工序裝配。

本文基于PERA SIM Mechanical建立了折彎成形仿真的過程，從導入幾何模型開始，到劃分全六面體網格、賦予模具和板料不同的材料參數、施加邊界條件和載荷模擬折彎過程，以及設置非線性分析參數、進行非線性分析調試，最終得到分析結果，實現了板料折彎成形的全過程3D仿真。分析得到的反力結果和最終板的變形結果，對板折彎過程中機器噸位的選擇和板料折彎后的形狀預測都具有一定的指導意義。

2.問題描述

板料參數

本文研究對象為某折彎板，根據分析目的，對實際尺寸進行了一定的裁剪，最終分析中用到的板料尺寸為180mmX140mmX1.5mm。上下模具稍微經過地點簡化，但是對于與板料的接觸部位，保持了原始的結構形式。

3.有限元模型的建立

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3.1 模型建立及簡化

直接導入分析的幾何模型。由于需要對板料進行塑性分析，且需要查看板的局部變形，為了更好地計算精度，整個模型采用實體單元進行模擬，因此不需要進行板料抽取中面等進一步的模型處理。

分析的整體幾何模型如圖1所示：

圖1 板折彎成型分析的幾何模型

3.2 網格劃分

由于結構形式都為拉伸結構，而且計算過程中涉及到非線性分析計算，因此，采用掃掠的方式生成全六面體網格。為了更好的計算精度，對板的網格尺寸以及附近模具中的網格尺寸設為0.5mm，對遠離接觸區域的模具網格尺寸設為3mm。程序自動在不同的網格尺寸間進行過渡。最終得到的單元總數為144640，節點總數為165353，網格模型如下：

圖2 板料及模具的網格

3.3 材料定義

模具采用鋼材的線彈性模型，同時楊氏模量放大100000倍來模擬剛體，即楊氏模量為2e10MPa，泊松比為0.3。對板材采用彈塑性模型，楊氏模量為2e5MPa，泊松比為0.3，屈服強度為235MPa，切線模量為2000MPa。

3.4 截面定義

采用實體單元，選擇減縮積分。

3.5 邊界條件

本模型的邊界條件分為下模具的底部固定。

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3.6 折彎載荷施加

模具與板之間設置一般接觸（非線性接觸），摩擦系數設為0.12。分析采用靜力學分析，考慮大變形。施加強制位移來模擬下壓過程，并考慮重力影響。板折彎過程，實際上是上模具的運動產生的。根據實際情況，設定上模具先向下運動2.8mm，再向上運動2.8mm來恢復到原始位置。通過這種位移加載的方式，就可以板的折彎過程。

圖3 板折彎過程的載荷施加圖

4.計算結果分析

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4.1 計算分析設置

對于非線性分析，需要考慮分析的收斂性，特別是需要設置載荷子步。本次分析中，采用自動時間步長，初始子步數設為200，最小子步數為40，最大子步數為100000，要求結果在所有子步都存儲，方便查看結果。在非線性分析中，設置最大迭代部署和收斂控制參數。根據分析的收斂過程，以上非線性分析參數需要不斷地調試。設置完成后，直接提交作業進行計算即可。

4.2 折彎計算結果

計算完成后，通過在相應的作業上右鍵點擊加載結果，即可進入到后處理模塊。計算得到的變形如下：

圖4 板折彎后的變形

計算得到的塑性應變如下：

圖5 板折彎后的塑性應變

為了能對機器噸位的選擇提供指導，提取約束反力如下：

圖6 板折彎后的塑性應變

從以上的分析結果可以得到，在板成型完成之后，板變形為V型，板的兩端上翹，上翹的最大位移為27mm。同時，在板折彎處，產生了塑性應變，最大塑性應變0.46。通過對約束反力的提取，可以得到需要施加的下壓力為17968N。這可以為機器噸位的選擇提供參考。

5.結論

本文以安世亞太自主研發的結構仿真軟件PERA SIM Mechanical，對板料折彎成型過程進行了有限元分析，得到了板折彎后的最終形狀和板的塑性應變，為板料折彎成型工藝過程中機器噸位的選擇和工藝參數的調整提供了一定的參考信息。

綜上可得，作為國產自主研發的仿真分析工具，PERA SIM Mechanical在計算板料折彎成型的過程中，能完整地對模型的材料定義、網格劃分、接觸設置、分析求解和結果查看進行處理，流程完善，非線性分析能完成收斂，求解器功能也比較強。

作者：廣州安世亞太 黃晶