【正文】 所有用于檢查網(wǎng)格質(zhì)量的工具都位于菜單“前處理” →“模型檢查/ 修補(bǔ)”中，在菜單中打開后會(huì)彈出對(duì)話框。打開 Dynaform 軟件，通過“文件” →“導(dǎo)入”，在文件中選擇 UG 導(dǎo)出的 iges 文件，從而將零件的幾何模型導(dǎo)入 Dynaform，iges 文件打開后如圖 31 所示。在 BT 殼單元理論中， 被k作為罰函數(shù)，用來在殼體變薄時(shí)強(qiáng)化 Kinchhoff 直線法假設(shè)。（1）共轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的定義BT 單元采用共轉(zhuǎn)局部坐標(biāo)系，它通過固定在單元中面內(nèi)的與單元自身共同變形來建立應(yīng)變速度和節(jié)點(diǎn)速度之間的關(guān)系，這種方式相當(dāng)適合速率型本構(gòu)關(guān)系匹配 [44]。板料中任一質(zhì)點(diǎn) P 在參考構(gòu)形中的坐標(biāo)向量是+9 / 70圖 21 應(yīng)變的度量 （21）??321X?其對(duì)應(yīng)的現(xiàn)時(shí)構(gòu)形中坐標(biāo)向量是 （22）321x因此體構(gòu)形的變化可采用方程（23）來描述 （23）),(tXaii?)3,21,(?式（23 ）是單值、連續(xù)和可微的，且雅克比行列式不等于零，即 （24）??0det?FJ式中 （25）?????????????321322311xxF因此（23 ）式表示的變換具有唯一的單值、連續(xù)性，同時(shí)擁有可微的逆變換 （26）),(tXia?同時(shí)有 （27）??0det?fj （28）?????????????321322311xXxf其中 和 分別稱為在參考構(gòu)形和現(xiàn)時(shí)構(gòu)形中度量的變形梯度張量。針對(duì)非線性問題的求解，常見的方法有增量法、迭代法和混合法三種 [9]。因此，對(duì)于沖壓板料成形這樣的擁有大應(yīng)變、多重非線性的問題，采用 。上世紀(jì)七十年代末期，王與布迪安斯基采用 、分析了任意幾何形狀沖壓模具的板料成形問題，第一次提出考慮板料在沖壓模具與板料接觸面和粘著效應(yīng)作用下的板料和模具接觸時(shí)的摩擦狀態(tài)。隨后，庫(kù)蘭特、阿吉里斯、特納、克拉夫、欽科維奇等五人的五組論文奠定了早期有限元分析法的理論基礎(chǔ)，是有限元法誕生的標(biāo)識(shí)。第五章、拉延模工作部分計(jì)算、拉延模比和高度的計(jì)算、模具主要零部件（凸模、凹模、壓邊圈與總裝圖）設(shè)計(jì)，最后闡述模具材料的選用及其他零部件的設(shè)計(jì)與選用第六章、總結(jié)本課題研究所獲得的主要結(jié)論及展望。 CAE 分析起到的“虛擬樣機(jī)”作用在很大程度上替代了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中資源消耗極大的“物理樣機(jī)驗(yàn)證設(shè)計(jì)” 過程，虛擬樣機(jī)作用能預(yù)測(cè)產(chǎn)品在整個(gè)生命周期內(nèi)的可靠性。二、特別適合于復(fù)雜的深拉延和拉伸成形模的設(shè)計(jì)，沖壓工藝和模面設(shè)計(jì)的驗(yàn)證，成形參數(shù)的優(yōu)化，材料與潤(rùn)滑劑消耗的最小化，新板料(如拼焊板、復(fù)合板)的評(píng)估和優(yōu)化。通過 CAE 分析優(yōu)化覆蓋件沖壓成形工藝設(shè)計(jì)，改善沖壓成形技術(shù)，進(jìn)而其控制成形過程是當(dāng)今的研究熱點(diǎn)，也是板料成形技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì) [16][20]。沖擊線和滑移線可以通過在后處理中添加基準(zhǔn)線，計(jì)算機(jī)可在短時(shí)間內(nèi)計(jì)算出其值的方向，同時(shí)可以測(cè)出各個(gè)部位對(duì)應(yīng)的各種質(zhì)量缺陷的數(shù)值大小 [7]。目前，人們對(duì)沖壓工藝計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的研究和應(yīng)用已取得豐碩成果 [1317] 。CAE 分析時(shí)參數(shù)設(shè)置不合理，板料就會(huì)出現(xiàn)起皺、開裂和超過可接受范圍的回彈，這些缺陷的存在說明生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)極大的存在這種可能性，如果不給予解決，模具生產(chǎn)制造將面臨較大的工作量、較低的效率、和較大的投入等問題。汽車覆蓋件是汽車的重要組成部分，即是汽車車身的主要組成部分 [2][3]。通過 Dynaform 軟件的模擬仿真結(jié)果的分析，板料的厚度，拉延筋的設(shè)計(jì)，壓邊力的大小，成形的尺寸設(shè)計(jì)，沖壓的次數(shù)與力度等對(duì)板料的成形結(jié)果都有很大影響，要想獲得最理想的仿真結(jié)果，只有通過經(jīng)驗(yàn)和不斷地實(shí)驗(yàn)才能找出最佳方案。本畢業(yè)設(shè)計(jì)的有用結(jié)論主要是用 Dynaform 軟件可以模擬板料成形的真實(shí)過程，從而避免生產(chǎn)過程耗費(fèi)很大的人力物力財(cái)力去試驗(yàn)，很大程度上節(jié)約成本。汽車覆蓋件的特點(diǎn)是：材料薄、尺寸大、形狀復(fù)雜、表面質(zhì)量和精度要求高等。如何快速準(zhǔn)確的利用 CAE 分析軟件尋找到相對(duì)最合理的參數(shù)，達(dá)到合理分析板料成形過程中出現(xiàn)的缺陷，提出切實(shí)可靠的工藝方案，已成為各汽車模具公司應(yīng)用和研究中直接面對(duì)的問題。數(shù)值模擬沖壓技術(shù)經(jīng)過五十年的迅速發(fā)展，主要功能有： 1）拉延數(shù)模的快速造型 拉延是汽車覆蓋件沖壓模具的首序，客戶發(fā)來的數(shù)模一般是產(chǎn)品造型，需要進(jìn)一步的添加零件的工藝補(bǔ)充方能實(shí)現(xiàn)零件的加工，即需要進(jìn)一步造型。預(yù)知這些缺陷，可以在工藝數(shù)模下發(fā)之前從工藝上或結(jié)構(gòu)上針對(duì)性的對(duì)數(shù)模進(jìn)行優(yōu)化，避免不必要的人力、物力等資源浪費(fèi)，加速汽車開發(fā)進(jìn)程。目前，國(guó)內(nèi)沖壓模具 CAE 數(shù)值模擬分析，還主要依賴與經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)置，然后用試錯(cuò)法進(jìn)行調(diào)試，機(jī)時(shí)耗費(fèi)較長(zhǎng)，而且參數(shù)設(shè)置合理性很難保證；由于 CAE 分析準(zhǔn)確度不足，導(dǎo)致一套模具都需要三到四輪的整改，而每輪整改的費(fèi)用高達(dá)上萬元，因此如何快速準(zhǔn)確的設(shè)置 CAE 分析參數(shù)是汽車覆蓋件模具行業(yè)亟待解決的問題，人們對(duì)此已展開了大量的研究 [2023]。三、快速易用、有效、 魯棒(robust)和可靠：最新的隱式增量有限元迭代求解技術(shù)不需人工加速模擬過程，與顯式算法相比能在更短的時(shí)間里得出結(jié)果；其增量算法比反向算法有更加精確的結(jié)果，且使在 FLC失效分析里非常重要的非線性應(yīng)變路徑變得可行。 采用優(yōu)化設(shè)計(jì)，找出產(chǎn)品設(shè)計(jì)最佳方案，降低材料的消耗或成本。5 / 70用 3D 軟件（如 UG、PRO/E 等）建立零件曲面模型用 3D 軟件（如 UG、PRO/E 等）建立零件導(dǎo)入 DYNAFORM 選拉延類型和接觸方式有限元網(wǎng)格劃分網(wǎng)格檢查及修補(bǔ)定義成形工具（凹模、凸模、壓邊圈等）定義材料屬性，選擇材料模型及單元公式預(yù)估毛坯外形，劃分毛坯網(wǎng)格設(shè)置成形參數(shù)求解器仿真計(jì)算應(yīng)力應(yīng)變、厚度分析FLD坯料與工具間距離修改模型修改接觸方式修改單元公式修改成形參數(shù)不滿意開 始結(jié)束結(jié)果是否滿意前前處理后后處理圖 12 汽車覆蓋件拉延成形數(shù)值模擬技術(shù)路線圖 課題的研究方案本課題采用拉延成形 CAE 技術(shù)針對(duì)某新款車型汽車門內(nèi)板拉延成形過程進(jìn)行仿真模擬分析，對(duì)影響其拉延成形質(zhì)量的工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，獲得其最佳工藝參數(shù)組合。 在有限元法產(chǎn)生初期，只能進(jìn)行分析處理彈性力學(xué)問題。小林和基姆采用軸對(duì)稱理論，運(yùn)用剛塑性有限元法分析了正交各向異性材質(zhì)的脹形問題。目前，有限元理論已經(jīng)開發(fā)成比較成熟的商業(yè)用軟件，被廣大企業(yè)所采用。對(duì)沖壓板材在拉延成形過程中的幾何非線性分析時(shí)，為了保證計(jì)算精度、求解過程和結(jié)果的穩(wěn)定性，通常采用增量法進(jìn)行分析。??Ff Barlat 屈服準(zhǔn)則判斷板料屈服的準(zhǔn)則有很多種，人們常用的屈服準(zhǔn)則有 Tresca 屈服準(zhǔn)則、Hill 屈服準(zhǔn)則、von Mises 屈服準(zhǔn)則和 Barlat 屈服準(zhǔn)則等等。圖22 為共轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的定義的示意圖，圖 22 中 4 表示面上的 BT 殼單元 4 個(gè)節(jié)點(diǎn)。利用式（224） ，把按式（248）和式（249）在局部坐標(biāo)系中的單元節(jié)點(diǎn)力矢量和單元節(jié)點(diǎn)處力矩矢量分別表示為 和 ，則有fm （250 ）?????????????zyxzyxzyx ffeff ?321 （251）?????????????zyxzyxzyx mem?321 有限元控制方程的求解汽車覆蓋件金屬板材拉延成形有限元數(shù)值模擬仿真常見的有三種格式，即靜力隱式格式、靜力顯示格式和動(dòng)力顯示格式。圖 31 車門 IGES 曲面 創(chuàng)建 DIE1) 創(chuàng)建 DIE 零件層選擇菜單“零件層 ” →“ 創(chuàng)建”，建立一個(gè)新的零件層 DIE（凹模） ，如圖 32 所示。模型檢查對(duì)話框中包含一些幫助網(wǎng)格質(zhì)量的功能，這里主要用到顯示邊界、平面法向一致、鎖模和重疊單元。劃分后的網(wǎng)格結(jié)果顯示如圖 36：21 / 703) 網(wǎng)格檢查修補(bǔ)為了防止網(wǎng)格中存在的一些潛在的、影響模擬的缺陷，在創(chuàng)建網(wǎng)格后需要通過多個(gè)操作來檢查網(wǎng)格的質(zhì)量。選擇菜單“文件”→“導(dǎo)出” →“iges”，彈出對(duì)話框，設(shè)置好導(dǎo)出路徑，選擇內(nèi)板結(jié)構(gòu)導(dǎo)出對(duì)象，確定后，系統(tǒng)開始自動(dòng)生成iges 格式文件。B205?（3）應(yīng)力合成和節(jié)點(diǎn)力由式（243 ） ，并結(jié)合彈塑性本構(gòu)關(guān)系，可以確定出在局部坐標(biāo)系中的應(yīng)力 ；????對(duì)應(yīng)力 沿殼單元厚度方向進(jìn)行積分，可獲得在局部坐標(biāo)系下的單元內(nèi)的應(yīng)力合力????與合力矩 ，即RfRm （246）zdf?????? （247 ）RR??利用虛擬功原理，對(duì)上述單元內(nèi)的應(yīng)力合力和合力矩進(jìn)行一點(diǎn)積分，可獲得局部坐標(biāo)系下的節(jié)點(diǎn)力和節(jié)點(diǎn)力矩，為 （248）????????????????)??(? )??(?41414141iiRyziRxzixiixyiyiyiiRxyiRxix fNfAf fff fff （249）???????????0? )?4??(?4141z RxzxyiiRxiiy yzxyiiyiixmfkmNAf式（249 ）中，A 表示單元的面積，k 表示剪切系數(shù)。基于這一點(diǎn)，作者 [43]對(duì)幾類基于梅德林（Mindlin）理論的 型殼單元的綜合性能進(jìn)行了比較，認(rèn)為 BT 殼單元是最適合用于0C汽車覆蓋件模具金屬板料拉延成形數(shù)值模擬仿真分析的。其中一個(gè)用大寫字母 來iX)3,21(?表示參考構(gòu)形 V 的坐標(biāo)系，另一個(gè)用小寫字母 來表示現(xiàn)時(shí)構(gòu)形 的坐標(biāo)系，)3,21(?ixv如圖 21 所示。沖壓模具拉延成形過程是金屬板料成形過程中幾何非線性、材料非線性、邊界條件非線性等多重非線性的復(fù)雜多體接觸力學(xué)問題。針對(duì)大位移、大轉(zhuǎn)動(dòng)、小應(yīng)變的非線性問題的分析常常采用 T. ；而對(duì)于大位移、大轉(zhuǎn)動(dòng)、大變形的非線性問題，運(yùn)用 。1977 年在美國(guó)通用汽車公司舉行的關(guān)于板料沖壓成形力學(xué)分析討論會(huì)上，由小林和王共同提交的關(guān)于沖壓板料成形有限元分析論理論的發(fā)展，開創(chuàng)了現(xiàn)代沖壓成形有限元仿真研究的先河。7 / 70第 2 章 汽車覆蓋件拉延成形理論 汽車覆蓋件拉延成形有限元仿真理論概述 在上世紀(jì)六十年代初期，克拉夫教授發(fā)表“有限元法分析平面應(yīng)力” 著名論文，在該篇論文中首次提出了“ 有限元 ”一詞 [24]。 圖 11 汽車門內(nèi)板零件各章節(jié)主要內(nèi)容如下：第一章、闡述了汽車覆蓋件沖壓模具數(shù)值模擬技術(shù)研究現(xiàn)狀和未來的發(fā)展趨勢(shì)，以及Dynaform 軟件的簡(jiǎn)介與本論文的主要內(nèi)容和課題是的研究方案；第二章、論述了某款新型汽車覆蓋件車門內(nèi)板沖壓模具拉延成形數(shù)值模擬技術(shù)的有限元理論；第三章、用 Dynaform 進(jìn)行前處理，導(dǎo)入 Dynaform 選拉延類型和接觸方式，再進(jìn)行有限網(wǎng)格劃分，劃分后再網(wǎng)格檢查與修復(fù)確保網(wǎng)格合理無誤，接下來定義成形工具（凹模、凸模、壓邊圈等）和材料屬性，選擇材料模型及單元公式，預(yù)估毛坯外形，劃分毛坯網(wǎng)格，設(shè)置成形參數(shù)；并提交求解器進(jìn)行仿真計(jì)算；第四章、用 Dynaform 進(jìn)行后處理，進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變、厚度分析,出成形極限圖 FLD，最后坯料與工具間距離，錄制變形過程、厚度、應(yīng)力應(yīng)變過程的錄像。 縮短設(shè)計(jì)和分析的循環(huán)周期。Autoform 的特點(diǎn)：一、它提供從產(chǎn)品的概念設(shè)計(jì)直至最后的模具設(shè)計(jì)的一個(gè)完整的解決方案，其主要模塊有 UserInterface(用戶界面 )、 Automesher(自動(dòng)網(wǎng)格劃分)、Onestep(一步成形)、DieDesigner(模面設(shè)計(jì))、Incremental(增量求解)、Trim(切邊)、Hydro(液壓成形 )，支持 Windows 和 Unix 操作系統(tǒng)。CAE 參數(shù)設(shè)置不合理，板料就會(huì)出現(xiàn)起皺、開裂和超過可接受范圍的回彈，這些缺陷的存在說明生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)極大的存在這種可能性，如果不給予解決，模具生產(chǎn)制造將面臨較大的工作量、較低的效率、和較大的投入的問題。3）板料成形缺陷的預(yù)測(cè)和消除板料成形質(zhì)量缺陷主要有開裂、起皺、回彈、沖擊線、滑移線、剛度不足等，其中開裂、起皺、回彈和剛度不足缺陷均可在數(shù)值模擬后處理云圖中進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)由云圖的色彩直觀的表示出來 [1316]。近年來，隨著汽車工業(yè)以超過 20%的增幅發(fā)展，在一定程度上帶動(dòng)了模具水平的提升，CAE 技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，并取得較好成果 [1112]。通過 CAE 分析可以預(yù)知板料的開裂位置、起皺高度、回彈量以及沖擊線和滑移線的位置等等，這為前期優(yōu)化模具工藝和模具結(jié)構(gòu)提供了可靠依據(jù)，對(duì)保證模具質(zhì)量、提高材料利用率、縮短開發(fā)周期、降低鉗工工作量和生產(chǎn)成本具有不可替代的地位。汽車覆蓋件 95％以上為沖壓沖壓產(chǎn)品，只有少量的是注塑產(chǎn)品，因此汽車覆蓋件沖壓成形技術(shù)是汽車車身制造技術(shù)的核心部分，直接影響到車身產(chǎn)品質(zhì)量和整車的開發(fā)進(jìn)程。完成