Marc三层板SPF成型工艺过程仿真分析

锦江

　　1. 概述
　　超塑性成型SPF(superplasticity)，在航空、航天等领域应用非常广泛。超塑性成型SPF不同于一般的加载过程，一般非线性加载过程，按照相对时间分步加载法，逐渐将载荷施加;对于超塑性成型，施加载荷和结构的变形的等效应变率相关，载荷在分析过程中自动计算。Marc中具有专门的超塑性成型的SPF界面，应用非常方便。
　　下面将以实例进行介绍。

　　2.材料理论及材料设置
　　一般对于特殊合金，例如铝合金、钛、不锈钢等，在温度超过0.4Tm(熔点)，金属出现异常高的流变性能，而不会出现颈缩现象。其流动理论一般有两种：
　　Power Law Model:



　　Rate Power Law Model:



　　材料的塑性流动和相应的工艺参数如温度T、压力p、时间t相关，本实例采用的材料为TC4钛合金材料，其理论采用power law model，材料在特定900°C下的SPF的变形分析，根据实验测试，其材料参数A=0，B=998.5, N=0.57;成型的等效应变率为0.00098。

　　3.建模及特有界面设置
　　3.1 模型结构及组成
　　模型采用板壳结构，按照对称关系，建立1/4模型如下图所示。
　　模型采用4节点平面薄膜单元，单元类型为18，网格数量6657个。
　　在上下板的边缘，进行X、Y、Z方向，全约束;两个对称面采用对称接触定义，在接触中设置。

　　按照实际的成型的接触，粘接关系进行定义。


                              模型及网格


　　3.2 材料属性及SPF设置

　　采用刚塑性材料理论，材料参数定义如下图所示，CoefficientA=0，ExponentA=0，CoefficientB=998.5，ExponentN=0.57。







　　4. 计算结果

　　下面为成型过程中不同阶段的变形云图。






　　         成型过程的变形状态


　　1/2的成型变形图



　　1/2模型的厚度变化图


               实际成型结构图
　　对比可以看到，实际的变形结果和仿真的变形结果从结构形式上一致。

　　5. 小结
　　对三层板TC4超塑性成型的工艺过程进行了模拟，Marc具有专门的SPF/DB成型模拟的功能，可以很好的模拟多层板的成型过程。
　　从上面的模型的变形过程和厚度分布来看，成型过程的模拟结果合理。

　　仿真分析的结果和真实的成型的结果一致。


转自：http://mp.weixin.qq.com/s?__biz= ... vYggxPQ2ZBzKsSXN#rd