本文關(guān)鍵詞：柔性熱控薄膜沖孔工藝與模具仿真優(yōu)化設(shè)計(jì)

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【摘要】：隨著尖端科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,各種復(fù)合材料及其衍生物材料的開發(fā)利用已成為人類進(jìn)步不可或缺的重要組成部分。近年來,柔性熱控薄膜(PI)以其優(yōu)良的綜合性能在航空航天、國防科技以及電子信息等高新技術(shù)領(lǐng)域發(fā)揮著極其重要的作用。目前,雖然我國在柔性熱控薄膜的沖孔方法和沖孔工藝方面取得了較大進(jìn)步,但是生產(chǎn)的薄膜性能不全,工藝性相對(duì)較差,無法完全滿足柔性熱控薄膜的特殊用途。因此,進(jìn)一步研究薄膜的沖孔方法和工藝流程、探討沖孔參數(shù)對(duì)沖孔過程的影響,并對(duì)影響沖孔成形過程的沖孔模具進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化已成為迫切需要。針對(duì)以上所提出的問題,本文主要以柔性熱控薄膜為沖孔研究對(duì)象,基于沖孔過程所出現(xiàn)的彈性變形、塑性變形和粘性變形理論,利用ANYSY/LS-DYNA軟件建立了沖孔模型,同時(shí)結(jié)合柔性熱控薄膜沖孔成形的有限元數(shù)值模擬仿真方法,對(duì)沖孔過程進(jìn)行了研究。此外,對(duì)應(yīng)用于熱控薄膜沖孔的沖孔模具進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì),具體研究內(nèi)容有以下幾方面:(1)結(jié)合柔性熱控薄膜彎曲剛度小、柔性大等特點(diǎn),在沖孔之前就需給薄膜加載預(yù)張力,使其獲得一定的結(jié)構(gòu)剛度,然后采用Bingham本構(gòu)方程從力學(xué)的角度分析了薄膜沖孔過程中發(fā)生的變形和斷裂過程,同時(shí)探討了銀紋的生長機(jī)理和斷裂機(jī)理的基本規(guī)律,并推導(dǎo)出了凸模沖孔時(shí)所需的沖孔速度。最后,通過分析薄膜材料發(fā)生變形時(shí)應(yīng)力應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系解釋了薄膜材料的屈服準(zhǔn)則。(2)在保證沖孔過程順利完成的前提下對(duì)沖孔模具的傳動(dòng)方式進(jìn)行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化,同時(shí)對(duì)沖孔模具傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)也進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì),提高了沖孔效率,避免了高精度凸模沖頭在沖孔時(shí)所受到的的機(jī)械損傷。(3)選擇有限元法作為模擬仿真薄膜沖孔成形的方法,并利用有限元?jiǎng)恿Ψ治鲕浖嗀NYSY/LS-DYNA對(duì)柔性熱控薄膜進(jìn)行了隱式求解和顯式求解,根據(jù)隱式—顯式求解結(jié)果在后處理器LS-PREPOST中獲得了沖孔過程的應(yīng)力應(yīng)變分布和變形曲線,結(jié)果表明:薄膜材料的變形主要集中在凸凹模刃口之間,且變形量隨著凸模沖裁深度的增加而增大,直至最終完全斷裂。(4)選擇沖孔深度和沖孔速度兩個(gè)工藝參數(shù)對(duì)沖孔成形過程進(jìn)行了數(shù)值模擬仿真,并繪制了不同沖孔深度值所對(duì)應(yīng)的行程關(guān)系曲線和不同沖孔速度所對(duì)應(yīng)的時(shí)間應(yīng)力關(guān)系曲線,由曲線可知,當(dāng)薄膜張力保持在8kg,沖孔深度值選擇0.6mm,沖孔速度大小選擇150mm/s時(shí),沖孔效果最佳。
【關(guān)鍵詞】：熱控薄膜 沖孔工藝 仿真 模具 優(yōu)化設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB43
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-13
• 第1章 緒論13-20
• 1.1 課題背景及意義13-15
• 1.2 國內(nèi)外孔加工研究現(xiàn)狀15-18
• 1.2.1 國外孔加工研究現(xiàn)狀15-17
• 1.2.2 國內(nèi)孔加工研究現(xiàn)狀17-18
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容18-20
• 第2章 柔性熱控薄膜沖孔成形過程20-33
• 2.1 柔性熱控薄膜沖孔原理20-23
• 2.2 沖孔薄膜的力學(xué)分析23-24
• 2.3 沖孔薄膜的成形機(jī)理24-28
• 2.4 沖孔薄膜的斷裂過程28-31
• 2.4.1 銀紋現(xiàn)象28-29
• 2.4.2 銀紋引發(fā)的原因29-30
• 2.4.3 銀紋的生長方式30
• 2.4.4 銀紋的斷裂過程30-31
• 2.5 沖孔薄膜的屈服準(zhǔn)則31-32
• 2.6 本章小結(jié)32-33
• 第3章 柔性熱控薄膜沖孔成形的有限元理論33-48
• 3.1 ANSYS/LS-DYNA簡介33-34
• 3.2 ANSYS/LS-DYNA的計(jì)算流程34-35
• 3.3 顯式動(dòng)力學(xué)有限元基本方程35-37
• 3.4 柔性熱控薄膜沖孔成形的有限元分析步驟37-47
• 3.4.1 單位的統(tǒng)一37
• 3.4.2 單元類型的選擇37-38
• 3.4.3 定義材料屬性38
• 3.4.4 實(shí)體建模38-39
• 3.4.5 網(wǎng)格劃分39-41
• 3.4.6 設(shè)定接觸類型41-42
• 3.4.7 有限元仿真中沙漏的成形及控制42-43
• 3.4.8 狀態(tài)方程43
• 3.4.9 時(shí)間步長控制43-45
• 3.4.10 LS-DYNA隱式-顯式分析求解45-46
• 3.4.11 后處理46-47
• 3.5 本章小結(jié)47-48
• 第4章 沖孔模具結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)48-58
• 4.1 沖孔模具傳動(dòng)方式的結(jié)構(gòu)優(yōu)化48-54
• 4.1.1 傳動(dòng)系統(tǒng)簡介48
• 4.1.2 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)48-49
• 4.1.3 氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)49-51
• 4.1.4 沖孔模具傳動(dòng)方式的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)51-54
• 4.2 沖孔模具傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)設(shè)計(jì)54-57
• 4.2.1 沖孔模具凸模結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)54-56
• 4.2.2 沖孔模具凸模固定方式的改進(jìn)設(shè)計(jì)56
• 4.2.3 沖孔模具卸料裝置的改進(jìn)設(shè)計(jì)56-57
• 4.3 本章小結(jié)57-58
• 第5章 柔性熱控薄膜沖孔成形的有限元數(shù)值模擬58-72
• 5.1 建立有限元模型58-59
• 5.2 隱式有限元求解59-62
• 5.3 顯示有限元求解62-67
• 5.3.1 顯式有限元求解步驟62-63
• 5.3.2 顯式有限元結(jié)果分析63-67
• 5.4 柔性熱控薄膜沖孔工藝參數(shù)的有限元模擬67-71
• 5.4.1 沖孔深度值的有限元模擬67-69
• 5.4.2 凸模沖孔速度的有限元模擬69-71
• 5.5 本章小結(jié)71-72
• 總結(jié)與展望72-74
• 論文總結(jié)72-73
• 工作展望73-74
• 參考文獻(xiàn)74-77
• 致謝77-78
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文78

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