仿真案例解析1__折弯件裂纹产生原因分析
前言
我一直认为，学习仿真要过三关。第一关：基础理论关，就是大学里面的材料力学、理论力学之类的，一定要有所了解，这些是根。第二关：有限元理论及软件操作关。这些说难不难，说易不易，只要跟着教程，跟着案例多做几个，基本也就能掌握了。第三关：独立实操关。对于实际的工程问题，往往没有现成的例题可以用来对照，此时就需要仿真工程师综合利用自己的经验和知识进行问题简化，有时候这反而是最难的。作者结合一些经验，整理了一些案例，希望可以给大家一些思路。
01 案例描述
在某地铁车辆实际生产中，发现一种铝合金厚板折弯件在加工时批量出现裂纹，而其所有参数均符合相关标准要求。因此需要查找裂纹产生的原因。
加工过程
金属板
裂纹位置
02 问题分析
1.这是一个典型的冲压折弯过程，因此可以采用准静态分析，所以选用abaqus的explicit求解器进行计算
2.由于板厚相对较厚，采用实体建模。对于模具，我们可以采用实体（下左），也可以采用离散刚体（下右）。自然，我们要选择简单的。
3.材料本构，由于条件有限，选取常用的弹塑性本构模型
03 结果判断
对于分析过程不再多说，因为过程并不复杂，难的是对结果进行如何判断。我们已经知道裂纹的位置，所以先要有个预期结论，我们从上��大致判断是由于剪切强度不够造成的（这里需要经验去判断了，没有现成的公式）。因此��们就需要着重看一看S13应力（其实这里也是值得商榷的，因为abaqus自带一个第三材料准则，当时做这个案例的时候没有用，请各位专家指正下这么做是不是合适）
由图可以看出：
（１）S13应力同时存在比较大的正值和负值，这表示在压弯的过程中板件斜边同时存在方向相反的最大最小应力，此应力将会产生一个剪切作用，此区域与实际产生裂纹的区域吻合；
（２）云图中显示的应力区域仅存在于局部，即使产生裂纹，裂纹深度也不会太深，这与实际情况相符；
（３）在折弯过程中的最大剪应力为144.9MPa，小于许用剪应力（180MPa）。因此，该材质虽然有一定风险，但在理论上不应造成裂纹。
04 进一步分析
上面我们虽然得到了一些结论，但是和我们的预期比较大，这里面一定是我们忽略了什么信息。再次仔细的研究整个过程，问题出在材料本构上了。我们基于理论的材料本构，但是实际中的材料不可能和理论材料一样。经过调研，发现实际中的材料的屈服强度一般高于标准，这在实际质检中是合格的，所以他们从没有把这个当回事。因此我们需要做个对比分析。
因此，取290MPa的屈服强度重新进行仿真计算，同时再增加１组材料为2014-T6的铝合金板件进行对 比（表３）。结果表明，随着材料屈服强度的增加，材料本身的最大剪应力随之增加。实际应用板材对应的剪应力为159.1 MPa，更接近材料的许用剪应力，因此材料的安全裕量明显降低，加上材料使用季节为冬季，受热胀冷缩等因素影响，材料的屈服强度等会进一步上升，极易产生裂纹。
05 最终结论
仿真分析和试验结果表明，金属折弯件产生裂纹的原因主要有：
（１）材料的结构不对称，造成其局部剪应力过大；
（２）只对材料的最低屈服强度��出了要求，没有上限值要求，造成其屈服强度过大；
（３）不同季节对材料的性能造成了影响。针��以上原因，在金属折弯件结构无法改变的情况下，应加强对其原料的控制，即把原料的屈服强度控制在一定范围内，同时增加对加工环节温度的要求，以缓解低温对金属折弯件的影响程度。
06 未完待续
上述案例抛砖引玉，结合案例提供了一个思路，正如文中所说，部分的判断原则其实是值得商榷的，但是确实已经对现实中的问题进行了一个很好的解释，所以无论从解决问题和讨论问题哪种角度来看，都还是一个不错的案例。也希望大家能够发表下意见。在下方写留言。更多工程案例，请关注“幻想飞翔CAE”
