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eta/DYNAFORM 板料成形数值模拟典型过程及应注意的问题

eta/DYNAFORM 板料成形数值模拟典型过程及应注意的问题. 内容. 板成形数值模拟算法发展及实施步骤 eta/DYNAFORM 的模块及成形仿真模块的特点 eta/DYNAFORM 冲压成形分析的一般过程 在 eta/DYNAFORM 成形分析中应注意的问题. 板成形数值模拟发展及算法. 板成形数值模拟的实施步骤. 用假想的线、面将连续体分成若干具有简单几何形状的 “ 有限单元 ” 。 • 假设这些单元在且仅在其边界上的若干个离散节点处互相连接。将这些节点的位移（速度）作为问题的基本未知量。

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eta/DYNAFORM 板料成形数值模拟典型过程及应注意的问题

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  1. eta/DYNAFORM板料成形数值模拟典型过程及应注意的问题eta/DYNAFORM板料成形数值模拟典型过程及应注意的问题

  2. 内容 • 板成形数值模拟算法发展及实施步骤 • eta/DYNAFORM的模块及成形仿真模块的特点 • eta/DYNAFORM冲压成形分析的一般过程 • 在eta/DYNAFORM成形分析中应注意的问题

  3. 板成形数值模拟发展及算法

  4. 板成形数值模拟的实施步骤 • 用假想的线、面将连续体分成若干具有简单几何形状的“有限单元”。 • 假设这些单元在且仅在其边界上的若干个离散节点处互相连接。将这些节点的位移（速度）作为问题的基本未知量。 • 选择适当的插值函数，以便由每个“有限单元”的节点位移（速度）唯一地确定该单元中的位移（速度）分布。 • 利用位移（速度）函数对坐标的偏导数可根据节点位移（速度）唯一地确定一个单元中的应变（或应变速率）分布。由单元的应变（或应变速率）以及材料的本构关系，可确定单元的应力分布。 • 根据虚功原理可建立每个单元中节点位移（速度）和节点力的关系，即单元刚度方程。 • 将每个单元所受的外载荷根据作用力等效的原则移置到该单元的节点上，形成等效节点力。 • 按照各节点整体编号及节点自由度的顺序，将各单元的刚度方程迭加，组装成问题的整体刚度方程。 • 根据边界节点必须满足的位移（速度）条件，修改整体刚度方程。 • 求解整体刚度方程，得到节点位移（速度）。 • 根据求得的节点位移（速度），计算各单元的应变（或应变速率）和应力。

  5. DYNAFORM模块(应用)

  6. 成形仿真模块(Formability Simulation)实现目标 • 预测和消除成形过程中的缺陷 • 尽可能利用CAE软件取代实际试模 • 调整冲压工艺方案 成本 时间 质量

  7. 成形仿真模块应用—模拟各种冲压类型 • 尽可能利用CAE软件取代实际试模，缩短产品的开发周期，降低开发成本的需要，提高产品的质量 –重力载荷 –预压、拉延 –切边、翻边 –回弹分析 –液压、弯管 –多工步模拟 –级进模具模拟 拉延成形模拟 多工步 液压涨形 级进模具模拟 翻边模拟

  8. DYNAFORM应用——成形仿真 • 预测成形缺陷 –拉裂、过渡减薄 –起皱、叠料 –回弹–滑移线 …… • 辅助工艺设计 –拉延筋的布置，方案优化 –摩擦系数，润滑方案 –压边力、成形力选择 …… 预测成形缺陷 拉延筋设计1 拉延筋设计2

  9. DYNAFORM应用——成形仿真

  10. 1.使用本地库的CAD接口 • 支持IGES，VDA，STEP，STL和SAT等标准数据格式 • 使用本地库，无数据丢失的CAD文件格式: –CATIA V4 –CATIA V5 –UnigraphicsV18 –UnigraphicsNX –ProE ……

  11. 2. 智能网格划分——模具网格 • 强大的模具网格自动生成器，网格质量高，解决有限元分析“瓶颈”。 • 用最少的单元，最大程度地逼近模具 的型面 • 面与面之间的间隙和重叠,自动修复

  12. 2. 智能网格划分

  13. 2. 裁剪和切口

  14. 3. 起皱的预测与消除 • 起皱的原因是切向压应力超过板料的临界压应力 • 传统的解析方法不可能精确地计算出板料的切向压应力及临界切向压应力,所以不可能准确预测起皱 • DYNAFORM可以准确预测起皱和折叠

  15. 3. 拉裂的预测与消除 • 对于复杂零件只能通过经验或类似零件的现有工艺资料 • 试模、修模 • 成形极限图的应用，精确计算零件的应变分布情况 • DYNAFORM可以准确预测开裂和过分减薄

  16. 3. 回弹分析的现状 • 到目前为止LS-DYNA(DYNAFORM的求解器）已经被广泛地用来进行回弹分析 • 回弹分析是板料成形数值模拟中最具挑战性的领域

  17. 3. 回弹分析 • Numisheet2002 www.numisheet2002.org • C.T. Wang, SiguangXu, RameshJoshi • chuan-tao.wang@gm.com248-696-5038 • Die Engineering Analysis Dept. MFD, General Motors Corp

  18. 3. 回弹分析 Numisheet2005 www.numisheet2005.org (红色：DYNA的误差比较)

  19. 4. 后处理分析——变形 • 呈现金属真实状态􀁺 • 起皱等缺陷直观表达

  20. 4. 后处理分析——厚度分布

  21. 4. 后处理分析——FLD

  22. 4. 后处理分析——材料流入量

  23. 4. 后处理分析——表面检查

  24. 模拟步骤

  25. 在eta/DYNAFORM中仿真分析流程（传统半自动） • 1. 打开DYNAFORM, 并导入几何模型(File/Import) • 2. 设定冲压类型,正冲或反冲(Tools/analysis Setup) • 3. 划分板料网格(blank generator), 并定义材料和厚度( Define Blank) • 4. 划分工具曲面网格 • 5. 检查网格质量 –a. 单元尺寸< 0.1 mm –b. 内角< 1 degree –c. 重叠单元 –d. 模型边界 • 6. 修补网格 • 7. 网格法线方向一致 • 8. 等距配合工具(如果有必要的话), 法向等距规则 • 9. 定义工具 • 10.自动定位 • 11.定义力和运动曲线 • 12. 预览模具运动 • 13. 计算 –a. 网格细分参数(细分等级和频率) –b.控制参数(时间步长和输出祯数) –c. 所需内存

  26. 在eta/DYNAFORM中仿真要注意的问题 • 数据单位 • 文件管理及文件格式 • 板料网格划分及尺寸确定 • 工具网格划分和网格检查 • 冲压类型及载荷曲线（手动设置） • 仿真速度问题 • 自动定位及运动方向 • 自定义坐标系实现特殊冲压方式(复杂运动) • 约束控制 –对称计算 –回弹约束控制 –定位约束控制 • 计算暂停及重新启动 • 计算所需内存控制 • 计算提交器(dynajs.exe) • 后处理中动画帧数，动态文件及静态图的获取

  27. 单位系统 DYNAFORM暂时没有自动转换的单位系统,要求用户选择一 致的单位系统 注意: 强烈推荐使用mm作为长度单位以及右排系列.比如压边 力为10吨时,输入的数据为: 10000(10*1000)

  28. DYNAFORM的文件系统

  29. 板料网格划分 • 板料单元（Command:Tools/Blank Generator) –尽可能采用尺寸均匀的正方形单元 –如果三角形单元不可避免，尽量放在板料的外围 –板料内部没有自由边界 –不能有重叠单元、崩溃的单元。

  30. 板料网格的尺寸 • 如何确定初始板料网格尺寸: –选择合适的单元尺寸非常重要,单元尺寸太小, 将花费更多的CPU时间去完成分析.但是如果单元尺寸太大,将不能获得准确 的计算结果,产生误导信息 –决定初始板料尺寸:首先根据工具上最小的圆弧或者最关心的 圆弧,在一个圆弧上至少有三个单元来表达其形状 • 例如: • 假如你所关心的最小圆弧半径是6mm, 希望在成形的最后阶段的单元尺寸 • 2.8mm(=6*sqrt(2)/3), 这样就能保证在一个6mm圆弧上至少有三个单元. • 同时，我们考虑网格细分等级,如果是4级(细分三次), 所以初始单元应该是22 mm(=2.8*2*2*2). DYNAFORM 在Tools/blank generator有一个blank generator, 用户可以用它来选择板料的边界线或所在曲面划分板料网格.

  31. 工具网格基本参数 • 要能精确地描述模具的几何形状，导角或曲率大的区域要采用较密的网格； • 要能高效地划分模具的型面，如比较平的面可以采用较稀疏的网格； • Surface mesh parameters: –Max. size: 单元最大尺寸 –Min. size: 单元最小尺寸 –Chordal: 弦高 –Angle: 相邻单元边的夹角

  32. 工具网格划分(检查基本要求) • 模具单元 –不能有重叠单元、崩溃的单元。

  33. 正冲(单动)

  34. 模具动作 • 第1步：板料放在压边圈上，压边圈不动，凹模向下运动，压紧板料； • 第2步：凹模继续向下运动，直到跟凸模闭合，此时压边圈跟随凹模一起向下运动。

  35. 反冲(双动)

  36. 模具动作 • 第1步：压边圈向下运动，压紧板料； • 第2步：凸模向下运动，直至与凹模闭合

  37. 四工具

  38. 多工具

  39. 单动工具运动 • Punch—在整个冲压过程中静止不动 –*mat_rigid中con1=7 • Die—沿-z方向运动 –*mat_rigid中con1=4 –运动由速度控制 • Binder—第1步静止不动，第2步中随凹模一起运动 –*mat_rigid中con1=4 –运动由压边力或速度控制

  40. Binder运动控制（速度） • 速度控制 –在第1步中静止不动，Binder速度v=0 –第2步中Binder以与Die相同的速度运动 • 压料面的间隙不变

  41. Binder运动控制

  42. Binder运动控制（压边力） • 压边力控制 –第1步中静止不动，Binder速度v=0 –第2步开始时去掉速度控制，施加压边力 • 压料面的间隙是变化的

  43. 双动工具运动 • Punch—沿-z方向运动 –*mat_rigid中con1=4 –运动由速度控制 • Die—在整个冲压过程中静止不动 –*mat_rigid中con1=7 • Binder—第1步中向下运动，第2步中压紧板料 –*mat_rigid中con1=4 –运动由压边力或速度控制

  44. Binder运动控制 • 速度控制 –第1步中向下运动，直至压紧板料 –第2步中保持静止不动 • 压料面的间隙不变

  45. Binder Punch

  46. Binder运动控制 • 压边力控制 –第1步中向下运动，直至压紧板料 –第2步中施加压边力 • 压料面的间隙是变化的

  47. Binder Punch

  48. 压边力

  49. 仿真速度问题 • 太快的速度导致明显的动态效应，将带来 –计算失败 –不精确的仿真结果 •建议: –模具的速度在2000到5000mm/s •压边速度在1000-2000mm/s •对翻边来讲，动态效应比较大，而且单元尺 寸较小，建议采用500-1000mm/s –给定模具速度同时要考虑质量增加问题

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