钢格板剪床剪切过程有限元仿真研究.pdf

2015年1月
机床与液压
Jan.2015
第43卷第2期
MACHINE TOOL HYDRAULICS
Vol 43 No.2
DOI:10.3969/j.issn.1001-3881.2015.02.012
钢格板剪床剪切过程有限元仿真研究
施显,孟宾宾
(常州大学,江苏常州213016)
摘要;钢格板剪切过程是一个复杂的弾塑性大变形过程,其主要特点是变形区域非常小、変形力集中,同时还涉及断
裂问题。为了更好地研究钢格板剪切机制,运用大型有限元软件 ANSYS/LS-DYNA对剪切过程进行仿真,得到剪切过程中
变形区的应力应变分布规律和力能参数,并与实验数据和经验公式得到的结果进行比较,证明了有限元模拟的可靠性,为
优化剪切参数、提高剪切质量和刀具寿命提供合理依据。
关键词;钢格板剪切;数值模拟;断裂
中图分类号:TG385.3文献标志码:
文章编号:1001-3881(2015)2-033-5
Finite Element Simulation on Shearing Process for Steel Gratings Shearing Machine
SH Yu. MENG Binbin
(Changzhou University, Changzhou Jiangsu 213016, China)
Abstract Steel grating shearing process is a complex plastic large deformation process, its main features are deformation zone is
very small, deformation stress is concentrated and fracture is involved, In order to study the mechanism of steel grating shearing better
finite element software ANSYS/ LS-DYNA was used to simulate the shear process and the stress-strain distribution and force parame-
ters of shear deformation zone were gotten. Through the compare between simulation results and experimental and empirical formula
computed data, the reliability of the finite element simulation was proved. It provides a reasonable basis for optimizing shear parame
ters, improving shear quality and tool life
Keywords: Steel grating shearing; Numerical simulation; Fracture
钢格板剪床采用横向剪切错断的原理,在机床床
有限元分析的理论基础
台的梯形槽内安装有二排组合刀片,一排为固定刀
就金属塑性成形而言,有限元法大致分为两类
具,另一排为活动刀具,由液压推杆推动装在梯形槽即弹塑性有限元法和刚塑性有限元法!。弹塑性理论
的活动刀具将夹持在组合刀具中的钢格板扁钢剪断。是有限元分析的基础,弹性区采用胡克定律,塑性区
整个过程包括刀具弹性压人、扁钢塑性变形、扁钢出采用 Prandte-Reus方程和 Mises屈服准则。对于金
现裂纹、裂纹扩展直至最终失稳断裂等几个阶段,是属剪切这种大塑性变形,采用增量法分析,根据应力
一个复杂的弹塑性大变形过程。整个剪切过程中,最
应变之间的增量关系建立起来的增量理论可以真实地
大剪切力出现在塑性变形阶段,因而研究剪切过程中反映材料的塑性行为,同时有限元法可以克服利用增
塑性变形阶段的力对于设计和使用剪切设备有重要意
量理论寻找解析解时遇到的困难。
义。利用有限元数值仿真,既能直观地描述塑性成1.1属服准则
形时金属变形及流动状态,又能定量地计算出塑性变
材料从弹性状态到塑性状态过渡中,需要借助于
形区的应力、应变分布状态,为加工工具开发、工と相应的囲服准则来判断是否达到屈服值。常用的两种
参数优化等提供了科学的依据?。因此,文中运用
ANSYS./LS-DYNA进行仿真模拟,硏究钢格板剪切过
屈服准则是米赛斯( Mises)屈服准则和屈雷斯加
程,除了具有理论价值外,在实践上对正确设计和使( H Tresca)屈服准则。文中采用米赛斯( Mises)屈
用设备、合理制定剪切工艺和正确设计剪切模具、提
服准则,该准则认为当等效应力达到定值时,材料质
高剪切效率和剪切质量、降低生产成本等各个方面都
点发生屈服,该定值与应力状态无关。在一定的变形
具有重要意义。
条件下,当受力物体内一点的应力偏张力的第二不变
量J2达到某一定值C时,该点就开始进入塑性状
收稿日期:2013-11-07
作者简介:施昱(1963-),女,教授,从事机械设备及专用机床研发、工程设计。E-mail:shiyu88@163.com。