佛山兴迪源机械

【作 者】阮钟;杨连发;陈占斌

【引 言】管材液压成形技术是一种生产截面形状复杂的中空薄壁整体构件的先进成形技术，该技术因满足轻量化要求，已经逐渐被应用于汽车零部件的制造，为了优化工艺参数，降低生产成本，解决实际工程中通过试验和理论分析难以解决的问题，需要运用有限元仿真技术，而为了更好地辅助实际生产和研究，需要获得更高的仿真精度，为此，有必要针对关键技术进行研究。

在有限元仿真过程中，影响仿真精度的因素有很多，如仿真模型的类型、材料本构关系、边界条件以及网格单元的形状和尺寸等。目前，一些学者主要从仿真模型的构建方法，材料属性和网格尺寸等方面进行了相关研究，邓能等通过FiberSim和Hypernesh对碳纤维车身进行了联合建模，并对模型的刚度和模态与实车进行了全面定标，使仿真精度达到了80%，毛慧英等建立了有无蒙皮的客车仿真模型，对与货车碰撞进行了仿真，分析了结构变形量和最大变形量、碰撞加速度以及能量吸收变化情况，发现蒙皮作用明显。在构建模型时，为保证仿真精度，不能忽略蒙皮的影响。

【结 论】

（1）当质量缩放系数为1×106时，在6种仿真模型中，三维-变形体轴压头模型平均误差最低，为6.64%，仿真精度最高；同类型模型中，无轴压头模型的胀形高度最高，远高于试验下的胀形轮廓，变形体轴压头模型的胀形轮廓高于刚体轴压头模型的胀形轮廓；误差较大的位置主要集中在胀形区的两端，且轴压施加端误差最大：在中部胀形区误差较小，整体与试验更为吻合。

（2）在轴对称-变形体轴压头模型下，随着质量缩放系数的降低，仿真的账形高度降低，平均误差降低，仿真精度提高，当质量缩放系数为1×104时，平均误差最低，为5.39%，并且轴向各个位置的相对误差基本小于10%；在任何一个质量缩放系数下，相对误差最大的位置主要集中在轴压施加端；当质量缩放系数小于1×107时，在中部胀形区相对误差在±10%以内，仿真精度较高。

（3）当质量缩放系数为1×104，模型为轴对称-变形体轴压头时，随着管材端部自由度约束数目增加，管材的胀形高度逐渐增大，平均误差增大，精度降低，并且相对误差最大的位置由管材的两端逐渐过渡到胀形区中间，当管材端部为自由约束时，即与试验环境相似时，平均误差最小，为5.39%，精度最高。

（4）在单元形状分别为四边形、三角形的仿真中，四边形单元下的胀形轮廓与试验下轮廓更吻合，平均误差最低，轴向不同位置的相对误差更为稳定。在采用轴对称模型对管材的轴压胀形仿真时，选择四边形网格更为合适。

（5）在四边形单元下，随着单元尺寸的降低，平均误差为无规律性降低，相对误差最大的位置主要集中在胀形区的两端；当单元尺寸最小为0.15mm时，胀形轮廓远低于试验轮廓，平均误差最大：当单元尺寸为0.45mm时，平均误差最低，且胀形轮廓与试验极为吻合：因此，在仿真中要结合试验选择合适的单元尺寸。