【文章內容簡介】 心技術包括以下幾個方面：①動力顯式積分 算法；②板殼有限元理論的研究；③本構理論和屈服準則 (材料模型 )；④接觸判斷算法和網格細化自適應技術；⑤多工步成形模擬技術；⑥ CAD／ CAM軟件和成形過程模擬 CAE軟件之間的數據轉換技術；⑦ 建立有限元模型的若干技巧；⑧ 板材沖壓成形模擬的一般過程。其主要特點包括前處理，求解器，后處理。 DYNAFORM前處理 DYNAFORM具有功能豐富的前處理功能。首先，它具有強大的圖形文件導入功能， 12 能夠方便而無數據丟失地讀入 IGES格式文件以及 UG， PRO/E， CATIA等主流 CAD軟件的圖形文件，同時 用戶也可以在 DYNAFORM中很方便地創(chuàng)建點，線，面等幾何模型。做到從導入幾何模型開始到計算結果的獲得，無須用戶再借助其他工具就可以方便地完成。其次， DYNAFORM具有強大的網格自動剖分功能。它不但可以得到高精度的工具網格，也可以產生出用戶所需的四邊形網格和三角形網格。用戶只需要輸入簡單的控制參數就可以快速地獲得復雜幾何曲面網格，并且得到的網格質量非常高，使用戶無須花費更多的時間對網格進行再修復，節(jié)省了大量的時間。再次， DYNAFORM中的最具需要導入產品曲面， DFE模塊可以完成網格剖分，網格邊界自動光順 ，對稱的定義，法蘭的展開，沖壓方向的調整，內部孔洞的自動補充，各種復雜壓料面的產生，壓料面的裁剪，各種工藝補充面的設計，拉延筋的設計和網格劃分，載荷曲線的定義，模具的定位等一系列功能。方便用戶在得到分析結果后對產品零件進行反復修改的操作過程。最后， DYNAFORM中的 BSE模塊，可以幫用戶快速地設計出坯料的形狀，并且根據用戶的要求提供各種實際應用中常用到的排樣結果報告，做到充分利用材料，提高材料的利用率，節(jié)約成本。 DYNAFORM求解器 DYNAFORM的求解器采用了業(yè)界非常著名的非線性動力顯 示有限元分析軟件LSDYNA。 LSDYNA是采用顯隱結合的算法進行板料成形模擬的最具有代表性的軟件。它采用動力顯示求解器模擬沖壓成形過程，計算效率高，穩(wěn)定性強。同時 LSDYNA近幾年來加強了隱式算法的開發(fā)，并且實現了顯，隱式無縫集成的功能，在完成沖壓分析后，自動切換到隱式求解器進行回彈分析。在回彈分析過程中，可以采用大的時間步長，提高回彈的計算效率。 LSDYNA包括豐富的材料模型和單元模型，用戶可以根據實際沖壓的材料選擇合適的材料模型和單元類型。此外， LSDYNA的接觸分析功能強大，現在具有 40多 種接觸類型可以求解下列接觸：變形體對剛體的接觸，變形體對變形體的接觸，變形體對剛體的接觸，剛體對剛體的接觸，板殼結構的單面接觸，與剛性墻接觸、變形體對剛體的接觸、剛體對剛體的接觸、板殼結構的單面接觸等。因此，借助 LSDYNA強大的求解能力，顯式加載隱式卸載等。 LSDYNA是目前業(yè)界公認的板料成形模擬結果準確性最好的軟件之一 [13]。 13 DYNAFORM的后處理 ETAPOST是 ETA公司開發(fā)的一款專門爭對 DYNAFORM的后處理軟件。它可以方便用戶直觀地得到求解結果。用戶可以用云圖顯示板料變 形后的應力、應變信息，材料的厚度分布信息等。用戶可以通過定義任意截面，得到截面上的各種結果信息。在 ETAPOST中新增加的 GRAP模塊，使用戶可以利用曲線圖表功能顯示拉深過程中各種參數隨時間變化的曲線，如界面力的變化、拉延筋阻力的的變化、拉深力曲線等。 14 4 汽車門外板的坯料展開 仿真過程設計 車門外板的結構及加工工藝簡介 車門外板是一種平坦的淺拉伸件，材料一般為 08AI或合金鋼材，料厚不超過 1mm的板材，要求外表面光順平滑，棱線清晰，周邊尺寸精度為 ，剛性好。產品輪廓圖如圖 ，由于 零件成形時凸模表面與毛坯以大平面接觸，由于平面上的拉應力很低。材料得不到充分的塑性變形，這對增強零件的剛性不利。在產品 a處，為車外觀造型而設置的裝飾線容易使零件表面邊緣在成形過程中產生表面不平。在產品 b處，由于內緣翻邊較高 (H=20mm)，如果不采取措施而直接翻邊成形，該處零件表面易出現不平；在門扣手 C處。由于深度及形狀是決定其周圍表面質量的主要因素，且此處在成形過程中材料的變形屬于脹形，如果外界材料的補 圖 車門外輪廓圖 充不充分，則零件表面易在此處破裂。在臨近窗口的下部 a處，加反拉伸的凹坑，可以吸收多余的材料，有利于制件表面松馳現象的消除。在零件的下部內緣翻邊處 ,若拉伸時材料未充分變形，翻邊后會 出現零件表面不平。 綜上所述，汽車外車門成形工藝研究主要是翻邊，翻邊是利用模具把板料上的孔緣或外緣翻成豎邊的沖壓工藝，翻邊工藝可加工形狀較為復雜且有良好剛體的立體制件，還能在沖壓件上制取與其他零件裝配的部位（如螺紋孔和軸承孔等） .翻邊可以替代某些復雜零件的拉深工序，改善材料塑性流動以免發(fā)生破裂或起皺。用翻邊代替 “先拉深后切底 ”的方法制取無底零件，可減少加工次數，并節(jié)省材料?？追? 15 邊的工藝參數，翻邊底孔的粗糙度直接影響工件質量，如孔邊有毛刺存在，就會導致翻口的破裂。因此，沖壓的方向直接影響翻邊的工藝性。 車門 外板在沖壓翻邊過程中會出現很多的問題，這將直接影響產品的成型性能，對其翻邊工藝進行成型工藝仿真主要是模擬產品在生產過程中可能發(fā)生的問題，通過仿真試驗改進生產工藝和模具從而有效的避免不當設計的發(fā)生，試驗研究的主要內容是根據成型工件在 DYNAFORM軟件中成形極限云圖和厚度變化圖以及應力分布情況來檢測車門的外觀造型，材料選擇和成形參數是否合理。然后確定坯料尺寸。 研究的具體方法 建立汽車外門板的幾何模型 根據車門的總體尺寸用三維軟件 PRO/E繪制汽車車門外板的模型，車門靠近輪胎部位的沖壓翻邊 深度為 20mm如圖 a部位 ,車窗及拉手部位如圖 b部位的沖壓翻邊深度為 5mm,翻邊的方向相同 ,模型如圖 所示： 圖 模 型 繪 制 完 畢 后 并 轉 換 為 曲 面 IGES 格式保存 , 設 置 文 件 名 為 16 導入 DYNAFORM軟件 在 DYNAFORM軟件中打開坯料工程模塊導入 , 該文件自動識別為當前層 ,打開的界面如圖 ， 車門翻邊的 a部位自動初步劃分網格 ， 保存數據到指定的工 作目錄 .選擇文件另存為 ,輸入 ,保存并退出對話框。 圖 IGES格式文件導入后的當前界面 編輯數據庫中的零件層 在 DYNAFORM中 ,所給的零件名稱是任意的 ,為了方便識別設置修改當前的零件層名稱為 BLANK ，保存編輯后的零件層，具體方法如圖 ： 17 圖 編輯修改零件層名稱 網格劃分 網格劃分的好壞對模擬的精確和計算時間有一定的影響 .一般來說 ,在彎曲變形較大的部位劃分的密一些 .在變形較小的部位網格劃分比較稀疏一些 .由車門的翻邊部位彎曲程度為 90度直角，為了較好地反映數據變化情況，設置尺寸參數為 20,曲面邊界裂縫為 5，網格劃分的具體界面與如圖 ： 圖 車門網格化參數的設定 對工件進行網格化后查看網格品質檢驗結果，記下單元和品質信息， 該產品模型的總單元號為 2480個，失敗的單元個數為 217個，失敗單元比例為 %，產品的失敗單元號少于 10%可以進行模擬仿真分析，如圖 18 圖 網格品質結果檢驗信息 網格檢查 為了防止網格中存在一些潛在的，影響模擬的缺陷，需要檢驗網格的質量，檢驗項目包括單元翹曲角檢查 ,模型邊界顯示 ,自動一致平面法向 ， 設置單元翹曲角檢查標準為 ，模型邊界顯示功能檢查網格上的間隙，空洞，退化的單元，然后以高亮的邊界顯示完畢后保存數據，具體檢驗的項 目如圖 . 19 圖 網格邊界檢查界面 MSTEP模塊參數設置 打開 MSTEP模塊，并選擇 sheet鍵進行設置，設置相應的參數加載材料，在沒有定義前 a所指的線條為紅色，加載后為綠色，如圖 ： 圖 分別選擇材料厚度為 1mm的 36合金板料，由 36材料考慮了材料的各向異性，在回彈過程中一般不會出現收斂的問題，導入 US標準的材料類型為 36型號 為 AA00厚度為 ，其性能參數如圖 : 20 圖 AA009材料性能參數 再導入 US標準材料類型為 36厚度為 1mm的 DQSK型號材料鋼材性能參數： 圖 DQS