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A benchmark for validation of numerical results in sheet metal forming

Santos, Abel D.; Reis, Ana; Duarte, J. F.; Teixeira, Pedro; Rocha, A. Barata; Oliveira, M. C.; Alves, J. L.; Menezes, Luís
Fonte: Universidade de Coimbra Publicador: Universidade de Coimbra
Tipo: Artigo de Revista Científica Formato: aplication/PDF
ENG
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96.21%
Advances in FE codes for simulation of sheet metal forming processes have enabled its use during pre-production stage of a component. Some of recent developments include improvements and implementation of new material models of mechanical behaviour. However, these developments and corresponding results need to be validated, which means being compared with experimental results. On the other hand, in order that experimental results are a reference data, they need to be tested to repeatability and need to be obtained with such characteristic preferably by different institutions.; http://www.sciencedirect.com/science/article/B6TGJ-4CS4NXC-M/1/11b425ff3006b6fcdad85f1f6b4fa576

Towards standard benchmarks and reference data for validation and improvement of numerical simulation in sheet metal forming

Santos, Abel D.; Duarte, J. Ferreira; Reis, Ana; Rocha, A. Barata da; Menezes, Luís; Oliveira, Marta; Col, Alain; Ono, T.
Fonte: Universidade de Coimbra Publicador: Universidade de Coimbra
Tipo: Artigo de Revista Científica Formato: aplication/PDF
ENG
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96.21%
The last decade has witnessed many advances and a lot of improvement in FE codes for simulation of sheet metal forming processes. Such advances could be followed mainly by benchmarks proposed in Numisheet conferences. It was possible to notice that the scatter of results among numerical codes has decreased so significantly that recently scattering of experimental results among different corporations was evident. However in order to pursue further developments and validate numerical results it is fundamental to have reliable reference experimental data. This is one of the objectives of a current IMS project called 3DS-Digital Die Design System.; http://www.sciencedirect.com/science/article/B6TGJ-462BKRM-G/1/db286c5142b5be1f012318502279b945

Desenvolvimento e implementação de metodologia de otimização da geometria do blank em processos de conformação de chapas metálicas.; Development and implementation of a blank shape optimization methodology in sheet metal forming processes.

Moreno, Mariano Eduardo
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 25/05/2000 PT
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96.29%
Os processos de conformação de metais, apesar de sua extensa aplicação na indústria, tem seus projetos baseados principalmente em técnicas experimentais. Com o desenvolvimento e facilidade de acesso a computadores mais potentes, tornou-se viável a utilização de soluções numéricas como ferramentas de otimização das características do produto, do processo, bem como de seu custo. Um método numérico amplamente utilizado para simulação do processo de conformação é o Método dos Elementos Finitos, que permite a previsão do comportamento do fluxo de material durante a operação de conformação de chapas. Considera-se um blank com perfil ideal aquele onde a peça produzida a partir de sua conformação possua uma flange constante, minimizando ou eliminando a operação de retirada da rebarba. Com o objetivo de se obter o blank com perfil ideal para operação de conformação de chapas, desenvolveu-se uma metodologia de otimização geométrica da forma do blank, que trabalha integrada a um software comercial de análise pelo Método dos Elementos Finitos, o ANSYS/LS-Dyna3D. Apresentam-se os resultados aplicados à simulação da estampagem de uma peça prismática de base quadrada, como meio de validação da metodologia de otimização proposta.; The metal forming processes have extensive industrial application although their projects are based mainly in experimental techniques. With the development of more powerful computers...

Diagramas de limite de conformação aplicados à análise por elementos finitos de um processo de estampagem em chapas metálicas. ; Forming limit diagrams applied to finite element analysis of deep drawing of sheet metals

Evangelista, Sérgio Henrique
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 14/12/2000 PT
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76.32%
Entre os processos de fabricação mecânicos atuais destacam-se os processos de conformação de chapas metálicas devido à sua produtividade e confiabilidade e a seus baixos custos de produção, baixo consumo de material e produtos nos formatos bem próximos dos esperados nas fases de projeto. Isto só é possível se todas as variáveis do projeto e do processo estiverem conforme as especificações prévias, exigidas principalmente em setores da indústria tais como o aeronáutico e o automobilístico. Um recurso útil para se alcançar estas expectativas é o estudo da estricção e da conformabilidade em chapas metálicas, representadas em diagramas de limite de conformação (DLC), os quais, aliados à análise numérica através do Método dos Elementos Finitos, permitem predições a respeito das variáveis de projeto. Este trabalho tem como objetivos rever e aplicar conceitos relativos a estes aspectos. O objetivo principal deste trabalho é de dispor uma metodologia de avaliação e otimização para o processo de estampagem, utilizando-se elementos finitos e DLC. Uma modificação no método de Marciniak-Kuczynski é utilizada para a obtenção do DLC. Busca-se com isto uma contribuição para a redução de custos em aplicações industriais com o uso desta metodologia através da diminuição das fases de tentativas e erros em projeto e reforma de estampos (try-outs).; Nowadays...

Modelagem da estampagem profunda de chapas metálicas via o método dos elementos finitos associado ao critério de escoamento não-quadrático de Hill; Modelling of sheet metal deep drawing via finite element method associated with Hill's non-quadratic yield criterion

Maêda, Daniel Akira
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Dissertação de Mestrado Formato: application/pdf
Publicado em 27/04/2009 PT
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Os processos de conformação de chapas metálicas são largamente usados na fabricação de produtos em diversas áreas, desde partes aeronáuticas a utensílios domésticos, devido a sua alta produtividade, confiabilidade e baixo custo de produção. Para se atingir tais qualidades, o desenvolvimento de um produto conformado deve levar em consideração os fatores metalúrgicos da chapa a ser usada. As chapas são geralmente produzidas por laminação a frio, o que as levam ter propriedades mecânicas distintas em relação à direção de laminação. Para modelar esta anisotropia, vários critérios de escoamento foram propostos. A fim de verificar a influência do critério de escoamento na distribuição de deformação no produto conformado, este trabalho teve como objetivo implementar os critérios de Hill (1979) e de Barlat et al. (1993) em um programa acadêmico que modela o processo de conformação de chapas via o método dos elementos finitos. O critério de Hill (1979) foi implementado e apresentou bons resultados, em acordo com a literatura. O critério de Barlat et al. (1993) foi deduzido em sua formulação para elementos finitos, embora não implementado. Com o critério de Hill (1979) foi possível analisar a distribuição da deformação para várias superfícies de escoamento...

Análise do processo de conformação de chapas utilizando simulação computacional e engenharia reversa como ferramentas integradas no desenvolvimento e construção de estampos automotivos.; Sheet metal forming process analysis using computer simulation and reverse engineering as integrated tools in automotives stamping design and construction.

Damoulis, Gleiton Luiz
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Tese de Doutorado Formato: application/pdf
Publicado em 05/10/2010 PT
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96.32%
Em anos recentes, os processos de conformação de chapas automotivas têm sido drasticamente modificados. A utilização de equipamentos de medição metrológicos óticos sem contato e respectivos softwares baseados em fotogrametria, bem como o uso de programas de simulação de estampagem baseados no Método dos Elementos Finitos (FEM), estão se tornando uma rotina no desenvolvimento de ferramentais de estampagem, visto que a confiabilidade, precisão de resultados e facilidade de uso em relação à topologia superficial do ferramental, representou um grande salto tecnológico. Entretanto, por maior que tenha sido o avanço, persistem ainda problemas relacionados ao custo benefício quanto à adoção de certas técnicas e a possibilidade de utilizar ambos os sistemas de forma a um complementar o outro. Neste sentido, o objetivo desta tese é analisar o processo de conformação de chapas utilizando simulação computacional e engenharia reversa como ferramentas integradas no desenvolvimento e construção de estampos automotivos. São descritos casos industriais, cujos resultados demonstram que novas técnicas podem ser aplicadas na definição e modelagem do processo de estampagem de chapas metálicas, utilizando a metrologia ótica...

Metodologia para determinação dos parâmetros utilizados em uma nova superfície de escoamento anisotrópica para processos de conformação de chapas metálicas; Methodology for determination of parameters applied in a new anisotropic yield surface for sheet metal forming processes

Malavolta, Alexandre Tácito
Fonte: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP Publicador: Biblioteca Digitais de Teses e Dissertações da USP
Tipo: Tese de Doutorado Formato: application/pdf
Publicado em 10/09/2008 PT
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86.35%
Este trabalho é definido a partir da elaboração de uma metodologia de cálculo para a determinação da evolução dos parâmetros de anisotropia em chapas metálicas e na definição de uma nova superfície de escoamento anisotrópica. A metodologia proposta é fundamentada nas relações incrementais entre tensão e deformação da teoria clássica da plasticidade utilizando-se do critério de escoamento de Hill e baseado em um estado particular de tensão-deformação comum em processos de conformação mecânica, principalmente em regiões da peça onde ocorram dobras. A nova superfície de escoamento é definida a partir da superfície de Hill original, porém ponderada por um fator de correção o qual contempla uma evolução anisotrópica do encruamento. Este fator de correção é definido em função dos parâmetros evolutivos de anisotropia determinados pela metodologia proposta e um conceito particular é então adotado para a complementação deste novo modelo de superfície de escoamento. A contribuição científica apresentada estabelece o desenvolvimento do conjunto de equações que permite determinar a evolução dos parâmetros de anisotropia com o carregamento plástico e adicionalmente permite avaliar a evolução de nova superfície servindo como indicativo da formabilidade do material. Os resultados teóricos são comparados e discutidos com evoluções obtidas via ensaio normalizado de anisotropia. Além disso é realizada a aplicação do procedimento proposto em conjunto com análises numéricas via método dos elementos finitos para dois casos de processos de conformação. Desta forma tem-se uma contribuição para a representação do fenômeno de anisotropia plástica dado por um modelo evolutivo...

A hybrid approach for estimating the drawbead restraining force in sheet metal forming

Duarte,E. N.; Oliveira,S. A. G.; Weyler,R.; Neamtu,L.
Fonte: Associação Brasileira de Engenharia e Ciências Mecânicas - ABCM Publicador: Associação Brasileira de Engenharia e Ciências Mecânicas - ABCM
Tipo: Artigo de Revista Científica Formato: text/html
Publicado em 01/09/2010 EN
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96.24%
In order to achieve better part quality in sheet metal forming the rate of the material flow into the die cavity must be efficiently controlled. This control is obtained using a restraining force supplied either by the blankholder tool, drawbeads or both. When the restraining force required is too high, the use of drawbeads is necessary, although excessive blank deformation may be produced. Some other disadvantages such as adjustment difficulties during die try-outs to determine the actual Drawbead Restraining Force (DBRF) may also be encountered. One way to solve these problems and to reduce the number of die try-outs - which are very much time consuming - is to introduce/define accurate enough drawbead concepts. The present study will make use of a method that has been developed using the similitude approach in order to understand the influence of the most important parameters on DBRF and to establish a pre-estimate DBRF theory. Data bases have been developed throughout Explicit Dynamic Finite Element Method (EDFEM) based simulations. The results are compared with experimental data bases provided by Nine (1978) and with the analytical model of Stoughton (1988) results. The average of absolute error with respect to experimental data bases was around 6% and...

Estudo analítico-numérico de freios de estampagem em chapas metálicas; A hybrid approach for estimating the drawbead restraining force in sheet metal forming

Duarte, Écio Naves
Fonte: Universidade Federal de Uberlândia Publicador: Universidade Federal de Uberlândia
Tipo: Tese de Doutorado
POR
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96.27%
Para se obter peças com a melhor qualidade possível em um processo de estampagem de chapas metálicas, a taxa de fluxo de material para dentro da matriz deve ser eficientemente controlada. Este controle é feito por uma força de retenção (FR) originada no prensachapas, nos freios de estampagem ou em ambos. Quando a FR requerida é muito alta, o uso dos freios se torna ainda mais necessário, embora excessivas deformações possam ocorrer na peça estampada por causa do contato com os freios. Outros tipos de efeitos indesejáveis decorrentes do uso deste tipo de dispositivos ainda podem ocorrer, tais como dificuldades para se determinar o valor adequado da FR, o que pode consumir muito tempo. Para se resolver estes problemas e reduzir o número das tentativas de ajustes, são necessários conceitos mais precisos sobre os freios de estampagem. Com a finalidade de se avaliar a influência dos parâmetros mais importantes na FR e de se estabelecer uma teoria para se fazer a predição da FR, desenvolveu-se neste estudo uma metodologia híbrida, empregando-se a teoria da similitude com bases de dados gerados através de simulações numéricas pelo Método dos Elementos Finitos (MEF). Os resultados foram comparados com os experimentos de Nine (1978...

Application of the continuum shell finite element SHB8PS to sheet forming simulation using an extended large strain anisotropic elastic–plastic formulation

SALAHOUELHADJ, Abdellah; ABED-MERAIM, Farid; CHALAL, Hocine; BALAN, Tudor
Fonte: Springer Publicador: Springer
EN_US
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76.28%
http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00419-012-0620-x; This paper proposes an extension of the SHB8PS solid–shell finite element to large strain anisotropic elasto-plasticity, with application to several non-linear benchmark tests including sheet metal forming simulations. This hexahedral linear element has an arbitrary number of integration points distributed along a single line, defining the "thickness" direction; and to control the hourglass modes inherent to this reduced integration, a physical stabilization technique is used. In addition, the assumed strain method is adopted for the elimination of locking. The implementation of the element in Abaqus/Standard via the UEL user subroutine has been assessed through a variety of benchmark problems involving geometric non-linearities, anisotropic plasticity, large deformation and contact. Initially designed for the efficient simulation of elastic–plastic thin structures, the SHB8PS exhibits interesting potentialities for sheet metal forming applications – both in terms of efficiency and accuracy. The element shows good performance on the selected tests, including springback and earing predictions for Numisheet benchmark problems.

Simplified numerical approach for incremental sheet metal forming process

BEN AYED, Lanouar; ROBERT, Camille; DELAMÉZIÈRE, Arnaud; NOUARI, Mohammed; BATOZ, Jean-Louis
Fonte: Elsevier Publicador: Elsevier
EN
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76.23%
The current work presents a finite element approach for numerical simulation of the incremental sheet metal forming (ISF) process, called here ‘‘ISF-SAM’’ (for ISF-Simplified Analysis Modelling). The main goal of the study is to develop a simplified FE model sufficiently accurate to simulate the ISF process and quite efficient in terms of CPU time. Some assumptions have been adopted regarding the constitutive strains/stresses equations and the tool/sheet contact conditions. A simplified contact procedure was proposed to predict nodes in contact with the tool and to estimate their imposed displacements. A Discrete Kirchhoff Triangle shell element called DKT12, taking into account membrane and bending effects, has been used to mesh the sheet. An elasto-plastic constitutive model with isotropic hardening behaviour and a static scheme have been adopted to solve the nonlinear equilibrium equations. Satisfactory results have been obtained on two applications and a good correlation has been shown compared to experimental and numerical results, and at the same time a reduction of CPU time more than 60% has been observed. The bending phenomenon studied through the second application and the obtained results show the reliability of the DKT12 element.

Investigation of advanced strain-path dependent material models for sheet metal forming simulations

HADDAG, Badis; BALAN, Tudor; ABED-MERAIM, Farid
Fonte: Elsevier Publicador: Elsevier
EN_US
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96.21%
Sheet metal forming processes often involve complex loading sequences. To improve the prediction of some undesirable phenomena, such as springback, physical behavior models should be considered. This paper investigates springback behavior predicted by advanced elastoplastic hardening models which combine isotropic and kinematic hardening and take strain-path changes into account. A dislocation-based microstructural hardening model formulated from physical observations and the more classical cyclic model of Chaboche have been considered in this work. Numerical implementation was carried out in the ABAQUS software using a return mapping algorithm with a combined backward Euler and semi-analytical integration scheme of the constitutive equations. The capability of each model to reproduce transient hardening phenomena at abrupt strain-path changes has been shown via simulations of sequential rheological tests. A springback analysis of strip drawing tests was performed in order to emphasize the impact of several influential parameters, namely: process, numerical and behavior parameters. The effect of the two hardening models with respect to the process parameters has been specifically highlighted.

Comparison between incremental deformation theory and flow rule to simulate sheet-metal forming processes

ROBERT, Camille; DELAMAZIERE, Arnaud; DAL SANTO, Philippe; BATOZ, Jean-Louis
Fonte: ELSEVIER Publicador: ELSEVIER
EN_US
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76.31%
Numerical simulation of the deep drawing process for the manufacture of aeronautical or automotive components should predict with good accuracy the behaviour during the forming operation, taking into account, the material and the process parameters. Existing simulation strategies give good results, however calculation time are long due to the high degree of non-linearities of these problems. The objective of this work is therefore to decrease the calculation time, resulting from the non-linear material behaviour. A new algorithm based on incremental deformation theory (related to Hencky Theory) is presented, in order to compute the plasticity rule in a finite element code (ABAQUS). This algorithm is used to simulate two sheet-metal forming processes: typical stretch forming operation and incremental single point sheet forming. For each case the new algorithm is compared with a classical flow rule plasticity law. In order to have a valid comparison in terms of CPU time, the two material behaviour laws have been implemented in ABAQUS EXPLICIT using the material user function (VUMAT). Good agreement in terms of the stress state and thickness distribution is obtained with the new approach. A significant decrease in CPU time is observed when the major source of non-linearity comes from the material behaviour.

Substepping algorithms with stress correction for the simulation of sheet metal forming process

Ding, Zhongwen (Kevin); Qin, Qing Hua; Cardew-Hall, Michael
Fonte: Pergamon Press Publicador: Pergamon Press
Tipo: Artigo de Revista Científica
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96.41%
The finite element analysis of the sheet metal forming process involves various nonlinearities. To predict accurately the final geometry of the sheet blank and the distribution of strain and stress and control various forming defects, such as thinning, wr

A Shape Error Metric for Sheet Metal Forming and Its Application to Springback

Rolfe, Bernard; Cardew-Hall, Michael; Abdallah, Samer M; West, Geoffrey A W
Fonte: American Society of Mechanical Engineers Publicador: American Society of Mechanical Engineers
Tipo: Artigo de Revista Científica
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86.21%
There are many variations within sheet metal forming, some of which are manifest in the final geometry of the formed component. It is important that this geometric variation be quantified and measured for use in a process or quality control system. The contribution of this paper is to propose a novel way of measuring the geometric difference between the desired shape and an actual formed "U" channel. The metric is based upon measuring errors in terms of the significant manufacturing variations. The metric accords with the manually measured errors of the channel set. The shape error metric is then extended to develop a simple empirical, whole-component, springback error measure. The springback error measure combines into one value all the angle springback and side wall curl geometric errors for a single channel. Two trends were observed: combined springback decreases when the blank holder force is increased; and the combined springback marginally decreases when the die radii is increased.

Design, implementation and use of a knowledge acquisition tool for sheet metal forming

Smith, Jeremy; Cardew-Hall, Michael; Pantano, Victor; Hodgson, Peter Damian
Fonte: ASME International Publicador: ASME International
Tipo: Conference paper
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96.36%
Knowledge Management systems utilising a number of different techniques have been developed for manufacturing processes including sheet metal forming. These are designed to overcome knowledge loss and allow an organisation to more effectively leverage its corporate experience base. Most systems focus on design activities only, they do not capture and integrate the experience gained on the shop floor during testing and production. In order to be used in these areas, knowledge capture must be as simple and time efficient as possible, even if this is at the expense of later potential reasoning. The design, implementation and results from the use of a knowledge acquisition system of this kind for the automotive stamping industry are described. Despite perceived conceptions of data captured, it is concluded that underlying relationships can be extracted from the information entered, allowing significant reuse of captured experience, whilst maintaining timely knowledge acquisition.

Using geometric shape variations to create an inverse model for a sheet metal process

Rolfe, Bernard; Cardew-Hall, Michael; Abdallah, Samer M; West, Geoffrey A W
Fonte: Institution of Mechanical Engineers Publicador: Institution of Mechanical Engineers
Tipo: Artigo de Revista Científica
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86.29%
The output of the sheet metal forming process is subject to much variation. This paper develops a method to measure shape variation in channel forming and relate this back to the corresponding process parameter levels of the manufacturing set-up to create an inverse model. The shape variation in the channels is measured using a modified form of the point distribution model (also known as the active shape model). This means that channels can be represented by a weighting vector of minimal linear dimension that contains all the shape variation information from the average formed channel. The inverse models were created using classifiers that related the weighting vectors to the process parameter levels for the blank holder force (BHF), die radii (DR) and tool gap (TG) of the parameters. Several classifiers were tested: linear, quadratic Gaussian and artificial neural networks. The quadratic Gaussian classifiers were the most accurate and the most consistent type of classifier over all the parameters.

Use of Image Recognition Techniques in the Analysis of Sheet Metal Forming Force Signature Curves

Doolan, Matthew; Kalyanasundaram, Shankar; Cardew-Hall, Michael; Hodgson, Peter Damian
Fonte: American Society of Mechanical Engineers Publicador: American Society of Mechanical Engineers
Tipo: Artigo de Revista Científica
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76.21%
A new method of metal stamping force signature analysis is presented, based on the image recognition technique Point Distribution Models (PDMs). The approach is shown to be an effective method for analyzing force signatures, able to identify not only the

A finite element simulation of micro-mechanical frictional behaviour in metal forming

Zhang, S; Hodgson, Peter Damian; Cardew-Hall, Michael; Kalyanasundaram, Shankar
Fonte: Elsevier Publicador: Elsevier
Tipo: Artigo de Revista Científica
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76.31%
Friction is a critical factor for sheet metal forming (SMF). The Coulomb friction model is usually used in most finite element (FE) simulation for SMF. However, friction is a function of the local contact deformation conditions, such as local pressure, roughness and relative velocity. Frictional behaviour between contact surfaces can be based on three cases: boundary, hydrodynamic and mixed lubrication. In our microscopic friction model based on the finite element method (FEM), the case of dry contact between sheet and tool has been considered. In the view of microscopic geometry, roughness depends upon amplitude and wavelength of surface asperities of sheet and tool. The mean pressure applied on the surface differs from the pressure over the actual contact area. The effect of roughness (microscopic geometric condition) and relative speed of contact surfaces on friction coefficient was examined in the FE model for the microscopic friction behaviour. The analysis was performed using an explicit FE formulation. In this study, it was found that the roughness of deformable sheet decreases during sliding and the coefficient of friction increases with increasing roughness of contact surfaces. Also, the coefficient of friction increases with the increase of relative velocity and adhesive friction coefficient between contact surfaces.

A Hybrid Draw Die Optimization Technique for Sheet Metal Forming

Scott-Murphy, Adrian; Kalyanasundaram, Shankar; Cardew-Hall, Michael; Hodgson, Peter Damian
Fonte: American Society of Mechanical Engineers Publicador: American Society of Mechanical Engineers
Tipo: Artigo de Revista Científica
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96.3%
Recent years have seen considerable advances in the use of Finite Element (FE) modeling techniques, to the point where they can be used confidently to predict the output of the sheet metal forming system. The limiting factor in the use of FE analysis in the optimization process is now shifting from the accuracy of simulations, to the time required to optimize the system. This paper proposes a new approach aimed at reducing the time to optimize a draw die design, through a combination of Finite Element Modeling, semi-analytical models, and a knowledge based expert system.