本发明涉及纤维金属层板加工成形，特别涉及一种基于abaqus的纤维金属层板拉深成形的有限元模拟方法。
背景技术：
1、随着科技的快速发展，现代社会对高性能、多功能和可持续的材料需求日益增长，特别是在航空航天、汽车、轨道交通等领域，对材料的要求愈发严苛，不仅需要材料具备优异的力学性能和耐久性，还希望能够实现轻质化、节能减排和成本效益的目标。
2、纤维金属层板由于具备比强度比模量高、抗疲劳效果好等突出特性，在航空航天领域的结构件如航空发动机整流帽罩等有广阔的应用前景。但由于层板在成形过程中，各层材料的塑性变形能力不同，容易引起层板成形过程中的层间开裂、金属破裂、金属起皱、复材开裂等缺陷，所以，纤维金属层板的加工成形一直是相关工程领域上的难点。
3、传统实验研究纤维金属层板的成形过程存在耗时耗力等问题，并且难以直观地表征成形过程中的复杂现象和参数变化。相比之下，有限元模拟方法在这些方面具有明显的优势。有限元模拟能够迅速建立并运行模型，快速评估纤维金属层板的成形性能，大大节省了实验所需的时间和人力成本。此外，模拟软件能够直观地展示成形过程中的材料流动、应力分布、变形情况等关键信息，使研究人员能够更清晰地理解成形机理和影响因素。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本发明提供一种基于abaqus的纤维金属层板拉深成形的有限元模拟方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
2、一种基于abaqus的纤维金属层板拉深成形的有限元模拟方法，采用abaqus软件建立初始模型，所述模型包括凸模、压边圈、凹模和纤维金属层板，其中待成形的纤维金属层板设置在凹模和压边圈之间；所述纤维金属层板包括金属层、预浸料层和胶膜层。
3、进一步的，所述的纤维金属层板为夹层结构，包括预浸料层、金属层和胶膜层，预浸料层位于金属层的中心位置，且在金属层和预浸料层之间设置有胶膜层。
4、进一步的，所述预浸料层的层数为1～4层；所述金属层的层数为2～3层；所述胶膜层层数依据金属层和胶膜层的层数而定。
5、进一步的，所述金属层包括钛合金板、铝合金板和镁合金板；所述预浸料包括玻璃纤维增强环氧树脂预浸料、碳纤维增强环氧树脂预浸料、碳纤维增强聚醚醚酮预浸料、芳纶纤维增强环氧树脂预浸料和超高分子量聚乙烯纤维增强聚苯乙烯预浸料；所述胶膜层包括环氧树脂胶膜、聚醚醚酮胶膜和聚苯乙烯胶膜。
6、进一步的，所述的凸模、凹模和压边圈为圆柱形；所述纤维金属层板的形状不做要求。
7、进一步的，所述凸模底部棱边进行倒圆角处理，凸模倒圆角半径占模具半径的15％～20％。
8、进一步的，所述凹模的转角进行倒圆角处理，凹模倒圆角半径占模具半径的20％～30％。
9、进一步的，所述凸模和凹模的间隙设置为纤维金属层板厚度的0.8～1倍。
10、进一步的，所述初始模型采用如下方法建立：
11、采用部件单元分别对凸模、凹模、压边圈、金属层、预浸料层和胶膜层进行部件建模，凸模、凹模和压边圈为三维离散刚性壳单元，金属层、预浸料层和胶膜层为三维可变形实体单元；
12、设置材料属性参数，金属层、预浸料层和胶膜层材料参数依据供应商而定，并对其进行创建截面，金属层为均质实体截面或均质壳截面，胶膜为均质实体截面或粘性截面，预浸料为连续壳复合层，并对预浸料的层数和纤维方向进行设定；
13、按照凹模、纤维金属层板、压边圈、凸模由下至上依次进行装配，采用动力显示分析方法，在初始分析步后设置一个分析步1模拟凸模下行拉深的过程；
14、纤维金属层板中的金属层、预浸料层和胶膜层之间默认无相对滑动，赋予绑定约束，纤维金属层板与凸模、压边圈和凹模之间接触属性为表面与表面接触，摩擦系数依据实际而定，均采用罚函数计算方式；
15、凹模在所有分析步中的转动自由度和平动自由度均限制为0，处于完全固定状态，压边圈在所有分析步中同样设置为完全固定状态，在分析步1中施加沿纤维金属层板法向方向的压边力，凸模在分析步1中通过平动自由度控制层板的拉深高度，拉深方向沿纤维金属层板的法向方向，同时转动自由度限制为0；
16、凸模、压边圈和凹模均采用r3d4离散刚体单元，金属层采用s4r壳单元或c3d8r三维应力单元，预浸料层采用sc8r连续壳单元，胶膜层采用c3d8r三维应力单元或coh3d8三维粘结单元，网格单元与所用截面类型相对应。
17、本发明的优点和有益效果在于：
18、1.降低成本与提高效率，有限元模拟能够在计算机上虚拟进行拉深成形过程，无需实际制备样品和进行实验，因此可以显著降低材料、设备和人力成本。同时，模拟过程可以快速进行，提高了研究效率；
19、3.精确控制参数，在有限元模拟中，可以精确地控制各种工艺参数，如温度、压边力、成形速度等，从而排除无关因素对参数对拉深成形过程的影响；
20、2.优化工艺参数，有限元模拟的结果可以为优化工艺参数提供理论依据。通过模拟不同工艺参数下的成形过程，可以找到最佳的工艺参数组合，以提高成形质量和效率。并且在模拟中找出最佳的工艺参数组合后，再进行实验验证，可以大大缩短研发周期。
1.一种基于abaqus的纤维金属层板拉深成形的有限元模拟方法，其特征在于，采用abaqus软件建立初始模型，所述模型包括凸模、压边圈、凹模和纤维金属层板，其中待成形的纤维金属层板设置在凹模和压边圈之间；所述纤维金属层板包括金属层、预浸料层和胶膜层。
2.根据权利要求1所述的基于abaqus的纤维金属层板拉深成形的有限元模拟方法，其特征在于，所述的纤维金属层板为夹层结构，包括预浸料层、金属层和胶膜层，预浸料层位于金属层的中心位置，且在金属层和预浸料层之间设置有胶膜层。
3.根据权利要求2所述的基于abaqus的纤维金属层板拉深成形的有限元模拟方法，其特征在于，所述预浸料层的层数为1～4层；所述金属层的层数为2～3层；所述胶膜层层数依据金属层和胶膜层的层数而定。
4.根据权利要求3所述的基于abaqus的纤维金属层板拉深成形的有限元模拟方法，其特征在于，所述金属层包括钛合金板、铝合金板和镁合金板；所述预浸料包括玻璃纤维增强环氧树脂预浸料、碳纤维增强环氧树脂预浸料、碳纤维增强聚醚醚酮预浸料、芳纶纤维增强环氧树脂预浸料和超高分子量聚乙烯纤维增强聚苯乙烯预浸料；所述胶膜层包括环氧树脂胶膜、聚醚醚酮胶膜和聚苯乙烯胶膜。
5.根据权利要求1所述的基于abaqus的纤维金属层板拉深成形的有限元模拟方法，其特征在于，所述的凸模、凹模和压边圈为圆柱形；所述纤维金属层板的形状不做要求。
6.根据权利要求5所述的基于abaqus的纤维金属层板拉深成形的有限元模拟方法，其特征在于，所述凸模底部棱边进行倒圆角处理，凸模倒圆角半径占模具半径的15％～20％。
7.根据权利要求5所述的基于abaqus的纤维金属层板拉深成形的有限元模拟方法，其特征在于，所述凹模的转角进行倒圆角处理，凹模倒圆角半径占模具半径的20％～30％。
8.根据权利要求5所述的基于abaqus的纤维金属层板拉深成形的有限元模拟方法，其特征在于，所述凸模和凹模的间隙设置为纤维金属层板厚度的0.8～1倍。
9.根据权利要求1所述的基于abaqus的纤维金属层板拉深成形的有限元模拟方法，其特征在于，所述初始模型采用如下方法建立：
