邊界條件及分析設定

建構完有限元素模型、材料參數及接觸設定後，接續需要設定包

括：外力負載 、分析步歷程及相關非線性疊代收斂設定等。板液壓成 形製程如圖3.10所示，目前設定給予沖頭自接觸板件表面後向下位移 13.5mm，並給定壓料板一作用力作為夾持試片之用。

圖3.10 板液壓成形製程圖

一般文獻參考資料施加液壓力於板件的方式大多是以均壓施加 於板件表面[24～26]，或是以均壓施於液壓腔開口處之板件，並向外 線性遞減[27、28]。但在實際板液壓成形時，液壓室的壓力雖作用於 板件上，卻會因為板件在成形過程中隨著沖頭下移而進入液壓室，其 受到液壓力作用的面積因此而逐漸擴大。如圖3.11所示，當成形開始 時，A點受到液壓室的壓力作用，而B點則無；而當沖頭下移後板件 開始變形後，A、B點則皆會受到液壓室的壓力作用。

圖3.11 板液壓製程板件變形受力示意圖

因此，本研究將利用一虛擬薄膜作為液壓力的施加面，並建構一 固定之薄膜壓料板以限制其變形範圍，避免液壓力過大時在其拘束邊 界產生變形過大等數值問題。隨著沖頭下移、板件變形，薄膜將會跟 著變形並貼附於板件表面，如此便可解決板件外型變化時壓力給定困 難之問題。設此虛擬薄膜材料為彈性材料，E值為8GPa（Ti/Al複合板 材之E值約為87GPa），厚度0.01mm，其與板件及模具間的接觸皆設 為零摩擦。圖3.12為邊界條件施加示意圖。

圖3.12 邊界條件設定示意

比較直接施加液壓力於板件表面與利用薄膜施加兩種方式，由結 果可見（圖3.13），由於板件表面大於液壓室開口，因此若施加均壓 於其上，則在板件邊緣受壓料板及下模具夾持之部位，會因為同樣受 到液壓力的作用而造成壓板力不足、壓料板夾持不易的情況，在成行 過程中板件會有翹起之現象。而若利用薄膜作為液壓力的施加面，則 無此情況發生。因此本研究認為利用薄膜施加液壓力，在探討板液壓 成形之各項製程參數重要性時，是一較佳的選擇。

均壓施加於板件表面 利用薄膜施加液壓力

圖3.13 不同液壓力施加方式之成形結果厚度分佈圖

由於實驗機台的設計為利用洩壓閥控制液壓腔壓力，其原理為在 板液壓成形的過程中，由於沖頭的下移液壓腔體積逐漸減小，使得液 壓力逐漸上升，待達到設定的壓力時，洩壓閥即打開並開始洩漏，此 後液壓力便保持定值。不過由於此機台設備較為老舊且會受到板件皺 摺影響而在其他地方會發生液壓油的洩漏問題，因此可以由圖 3.14 看出，實際製程時，達到設定壓力之後，液壓油並非保持定值，而會 有逐漸下滑的趨勢。

圖3.14 板液壓成形實驗液壓力歷程圖

不過在不考慮洩漏的條件下，為了使模擬時液壓力的上升歷程較 接近實際板液壓製程的情況，本研究將實驗所得每次達到設定壓力前 的壓力歷程平均，其方法為：在液壓力到達10MPa前，取全部六條實 驗數據平均；12MPa前，取實驗數據1～4平均；15MPa前，取實驗數 據1～3平均；18MPa則採用實驗1之數據。完整的平均數據如圖3.15 所示，之後再利用一三次曲線趨近。後續模擬分析採用之液壓歷程，

即採用此一壓力上升曲線，待壓力上升至設定值後則恆為定值。

圖3.15 液壓力平均歷程及趨近曲線圖

由於本研究採用ABAQUS/Explicit進行模擬，將顯式動態過程應 用於準靜態問題需要有一些特殊的考量。根據定義，由於一個靜態求 解是一個長時間的求解過程，所以在其固有的時間尺度上模擬分析往 往在計算上是不切合實際的，需要大量且小的時間增量。因此為了獲 得更有效率的解答，必須採取一些方式加速問題的模擬分析[24]。在

靜態分析中，結構的基階模態通常控制著結構的響應，因此本研究將 先求得板件的最低模態頻率及其週期（如圖3.16），用以決定得到適 當的靜態響應所需要的時間（step time = 1/613.2 = 0.0016s）。

圖3.16 金屬板件最低階模態頻率分析圖