基于解耦计算的多步快速成形有限元法

钣金零件是构成飞机机体和汽车车身的重要零部件。为缩短钣金件的生产周期，将有限元法用于零件设计初期评估零件的可制造性。为提高现有板料成形有限元法的计算效率，同时保证模拟精度，在一步快速成形有限元法的理论基础上，研究多步快速成形有限元法，通过引入中间构形的方式来考虑板料成形过程中加载路径与变形历史的影响。中间构形的构造是多步快速成形有限元法的关键，采用解耦思想将中间构形分解为弯曲变形和拉伸变形两个独立的过程进行计算。在弯曲变形阶段，不考虑材料的流动，根据板料与模具之间的位置关系计算获得滑移约束面；在拉伸变形阶段，材料的流动限制在滑移约束面上，通过应力平衡迭代以及节点修正后获得中间构形。以典型的钣金零件为例进行成形模拟，与现有商业有限元软件在计算精度和效率上进行对比，验证了该算法的可行性和有效性。结果表明，所提出的算法能够快速地构造出合理的中间构形，且能够准确地预测零件的成形性和厚度分布。