冲压件产生变形的外力之接触力的计算方法

在板料成形过程中，除了压边力，接触力是使冲压件产生变形的唯一外力，其计算精度直接影响成形过程模拟计算的可靠性。目前罚函数法是国际通用的接触力算法，法向接触力既为罚参数与板料和模具间的穿透量之积。该方法的优点是计算简单方便，但由于该方法增加了系统刚度，而又保持系统质量不变，从而降低了临界时间步长，增加了计算时间。同时，计算精度依赖于罚参数的正确选取，过大的罚参数会引起数值稳定性问题，而过小的罚参数会引入较大的计算误差。穿透量的引入使得接触约束条件得不到精确满足。 质量密度因子法是避免罚函数法的这些缺陷的有效方法，在增加刚度的同时，以不降低临界步长为原则同时增加质量，并可得到密度增加因子的具体表达式，在保证计算效率的前提下提高了计算精度，避免了计算稳定性问题。
但是，该方法无法避免板料与模具之间的穿透，人为增加系统质量会引入不真实的动态效应。为此，LI 等提出了接触力计算的一种精确算法，根据板料节点的动态平衡方程，结合接触约束条件得到了板料与模具间接触力的显式表达式，从而避免了人为控制参数所引入的计算误差，避免质量增加所引入的不真实动态效应，避免了计算稳定性问题，并且使接触约束条件得到精确满足。 摩擦力的计算主要基于经典的库仑摩擦定律和非经典的非线性摩擦定律。经典的库仑摩擦定律至今仍被广泛用于摩擦特性的描述及摩擦力计算。在冲压仿真计算中，库仑摩擦定律的主要不足之处是没有考虑摩擦力与相对滑移量之间的关系。为弥补库仑摩擦定律的不足。ZHONG [5]提出了与相对滑移量相关的非线性摩擦定律来描述板料与模具间的摩擦现象。这种基于弹塑性理论的非线性摩擦模型一方面克服了经典的库仑摩擦定律不能真实反映冲压模具与板料间的微滑移物理现象以及由于塑性变形导致的正压力与摩擦力间的非线性关系的缺陷，另一方面克服了库仑定律中纯粘附条件给冲压过程仿真带来的数值计算问题。