基于ABAQUS有限元的板料折弯分析

使用ABAQUS有限元软件对304不锈钢进行模拟，板料的厚度取2 mm，观察板料折弯前后的应力应变状态。获取应力应变的分布图，为板料的折弯加工提供指导。通过对比折弯前后板料的状态变化，发现材料在成型阶段的应力和塑性变形集中在板料的上下边缘处，而靠近材料中性层部分的应力变化却很小。在板料回弹过程中板料内部的应力主要集中在中心部位，两边的应力又迅速减少。

近些年来，由于材料技术的发展和突破，也间接带动了材料加工行业的发展，金属板料的折弯技术作为材料成型的基本方法之一，具有使用广泛，生产成本低等特点，广泛应用于各行各业，因此对于金属材料的折弯成型的研究对板料的成型有着重要意义[1]。折弯成型是一个复杂的物理过程，这是由折弯材料和成型技术决定的，它包括几何非线性、边界条件的非线性和材料非线性等问题。对于传统的折弯成型，只能初步计算折弯的模型，然后经过大量的试折来保证折弯的精度以保持工件的质量。但是近些年来，随着计算机技术的进步和发展，有限元被大量的应用到材料加工行业[2]，它可以更好地模拟材料的成型过程并且极大地减少了材料所带来的成本消耗，每进行一次模拟就相当于在实际加工条件下的一次尝试，它缩短了产品的开发，在材料加工成型方面变的越来越重要。

刘雨生、宋健[3]等在V 形折弯中通过对中厚板135˚折弯过程进行数值模拟，分析了板料在成形过程中的等效应力应变及其中性层内移现象，测得了应变中性层与几何中间层之间的距离变化；李静[4]等通过ABAQUS 有限元仿真软件对复合板弯曲成形过程进行仿真模拟，对比分析了不锈钢、铝合金、不锈钢层状金属复合板和单层金属板的弯曲性能，并采用双线性内聚力模型对界面分层损伤进行了研究，得出430 不锈钢板承受应力最大，其次为304 不锈钢板，3003 铝合金板承受应力最小；胡丽华[5]等利用ANSYS/LS-DYNA 有限元平台对板料的弯曲成形过程进行了模拟，研究了不同弯曲半径对板料成形质量的影响，然后通过LS-PREPOST 得到了应力和应变的曲线图；柳建安等[6]对板料塑性弯曲时的应力应变状态、变形区的应力和应变数值、最大弯矩及其分布规律进行分析，推导出了V 形件自由弯曲时的应力和最大弯矩的计算公式；Graf 和Hosford [7]研究了应变路径对铝合金2008-T4 和6111-T4 的FLD 的影响， 得到在不同预应变条件下的成形极限发生不同的显著变化；方刚[8]等利用DEFORM 有限元软件对不锈钢板料(AISI304)的冲裁工艺进行模拟，材料断裂破坏采用一般破坏准则，分析了冲裁过程中裂纹生成、扩展以及材料断裂分离的过程，冲裁力的变化等。

2. 板料折弯的弹塑性变化 板料的折弯过程是一个弹性变形和塑性变形的叠加过程，它的变形过程可以用如下图1 表示，在载荷加载的开始阶段变形较小的时候应变也比较小，可以看到只存在弹性变形，所以弹性模量E 为常量， 变形呈现出线性变化。然而，当应力超过材料的屈服应力的时候，此时板料的变形就是弹性和塑性变形的叠加状态，所以应力状态从线性变成了非线性状态。最后在载荷卸载后，可以看到弹性应变消失，而塑性变形依然存在。在材料进行单向拉伸的试验中，得到的应力和应变数据一般都称为名义应力和名义应变，然而在进行有限元分析的时候，这些名义应力应变不能进行直接使用，而需要进行一定的转化， 有限元中需要的是真实的应力应变来定义出材料的应力应变曲线，名义应力应变到真实应力应变的转化可以通过如下公式进行：