【正文】 30圖17該功能是填充曲面間的間隙，在曲面連接檢查后或曲面合并后存在微小縫隙的情況下使用。圖18西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文31圖 19 這一命令主要是為下一步填充做準備圖 20 填充之后效果圖西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文32圖 21圖 22此為下一步分割做鋪墊西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文33圖 23圖 24西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文34圖 25圖 26圖 27西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文35圖 28 補面總體效果圖由于 CATIA 創(chuàng)成式曲面設計，初學用起來還很不順手很多時候是邊摸索邊做?？赡軙幸恍┎襟E沒有什么用處。但基本思路是對的。做完這些之后將其另存為 igs 文件以便下一步模擬時作為凹模使用。導師所給源文件是 C919 機翼燈罩模型，由于無法直接模擬需要用 CATIA 對其進行補面拓展。這個文件看起來非常復雜。一時讓人沒了思路。我 CATIA 初學曲面設計并未接觸過，為了順利完成補面我查看了相關 CATIA 曲面的設計的理論，在 CATIA V5R21 曲面設計教程的幫助下采取一片一片補面再接合裁去多余部分的辦法勉強完成了源文件的拓展。西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文36第四章 CAE 軟件介紹及拉深模擬過程 有限元基本思想有限元法是結構分析的一種數(shù)值計算方法。它在20世紀50年代初期隨著計算機的發(fā)展應運而生。理論基礎牢靠，物理概念清晰，解題效率高，適應性強，目前已成為機械產(chǎn)品動、靜、熱特性分析的重要手段，它的程序包是機械產(chǎn)品計算機輔助設計方法庫中不可缺少的內(nèi)容之一。理論計算分析是塑性力學解析的精確方法。方法之一主應力法，它是將平衡微分方程和塑性條件進行聯(lián)解，以求出物體塑性變形時的應力分布和應變狀態(tài)，進而求出變形力。在聯(lián)解過程中，積分常數(shù)根據(jù)自由表面和接觸表面上的邊界條件確定。必要時還須利用應力與應變的關系式和變形連續(xù)方程。在一般情況下，共有16個未知數(shù)，需聯(lián)列求解16個方程。但實際上同時聯(lián)立求解16個微分方程是相當困難的，通常只能求解一些簡單的二維問題。為此，不少學者在如何簡化求解方面作了各種努力，導出了許多近似的求解方程和實驗計算法(如主應力法、滑移線法、變形功法和極限分析法。在工程技術領域內(nèi)，對于力學問題或其他場問題，已經(jīng)得到了基本微分方程和相應的邊界條件。一般說來，微分方程的邊值問題只是在方程的性質(zhì)比較簡單，問題的求解域的幾何形狀十分規(guī)則的情況下，或是對問題進行充分簡化的情況下，才能求得解析解。而實際的材料成形問題求解域往往是十分復雜的，而且場方程往往相互耦合，致使無法求得解析解。而對問題進行過多簡化所得到的近似解可能誤差很大，甚至是錯誤的。因此，復雜工程問題的求解現(xiàn)大多采用數(shù)值方法。有限元法是一種新的現(xiàn)代數(shù)值方法。它將連續(xù)的求解域離散為有限個單元組成的組合體。這樣的組合體能用來模擬和逼近求解域。有限元法西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文37另一重要步驟是利用在每一單元內(nèi)假設的近似函數(shù)來表示全求解域上未知場函數(shù)。單元的近似函數(shù)通常由未知場函數(shù)在各個單元節(jié)點上的函數(shù)值以及’單元插值函數(shù)表達。因此，在一個問題的有限元分析中，未知場函數(shù)的節(jié)點值就成為新的未知量，從而使一個連續(xù)的無限自由度問題化為離散的有限自由度問題。一經(jīng)求出這些節(jié)點未知量，就可以利用插值函數(shù)確定單元組合體上的場函數(shù)。顯然，隨著單元數(shù)目的增加，即單元尺寸的縮小，解答的近似程度將不斷改進。如果單元滿足收斂條件，得到的近似解最后將收斂于精確解。有限元法的基本思想是把連續(xù)體視為離散單元的集合體來考慮。在應用有元法分析問題時，首先采用“化整為零”的辦法，將連續(xù)體分解為有限個性態(tài)比較簡單的“單元，對這些單元分別進行分析：然后采用“積零為整的辦法，將各單元重新組合為原來的連續(xù)體的簡化了的模型，通過求解這個模型(例如位移)在若干離散點上的數(shù)值解；最后，根據(jù)得到的數(shù)值解再回到各個單元中計算其他物理量(例如應變、應力)有限元法起源于20世紀40年代提出的結構力學中的矩陣算法。它起初是作為一種力學分析的數(shù)值計算方法，后來發(fā)展成為求解偏微分方程邊值、初值問題的一種一般的離散化方法。有限元法是目前進行非線性分析的最強有力的工具。在工程實際問題的分析、解決中，有限元法將發(fā)揮著其日益重要的作用。在塑性成形過程的有限元模擬中，根據(jù)材料本構關系的不同可將有限元法分為小變形彈塑性有限法、有限應變彈塑性有限方法、剛塑有限元法和彈塑性有限元。 有限元的發(fā)展進程有限元方法的思想最早可以追溯到古人的“化整為零”、“化圓為直”的作法，如“曹沖稱象”的典故，我國古代數(shù)學家劉徽采用割圓法來對圓周長進行計算；這些實際上都體現(xiàn)了離散逼近的思想，即采用大量的簡單小物體來“沖填”出復雜的大物體。早在1870年，英國科學家Rayleigh就采用假想的“試函數(shù)”來求解復雜的微分方程，1909年Ritz將其發(fā)展成為完善的數(shù)值近似方法，為現(xiàn)代有限元方法打下堅實基礎。西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文3820世紀40年代，由于航空事業(yè)的飛速發(fā)展，設計師需要對飛機結構進行精確的設計和計算，便逐漸在工程中產(chǎn)生了的矩陣力學分析方法；1943年，Courant發(fā)表了第一篇使用三角形區(qū)域的多項式函數(shù)來求解扭轉(zhuǎn)問題的論文；1956年波音公司的Turner，Clough，Martin和Topp在分析飛機結構時系統(tǒng)研究了離散桿、梁、三角形的單元剛度表達式；1960年Clough在處理平面彈性問題，第一次提出并使用“有限元方法”(finite element method)的名稱；1955年德國的Argyris出版了第一本關于結構分析中的能量原理和矩陣方法的書，為后續(xù)的有限元研究奠定了重要的基礎，1967年Zienkiewicz和Cheung出版了第一本有關有限元分析的專著；1970年以后，有限元方法開始應用于處理非線性和大變形問題；我國的一些學者也在有限元領域做出了重要的貢獻，如胡海昌于1954提出了廣義變分原理，錢偉長最先研究了拉格朗日乘子法與廣義變分原理之間關系，錢令希在20世紀五十年代就研究了力學分析的余能原理，馮康在20世紀六十年代就獨立地、并先于西方奠定了有限元分析收斂性的理論基礎。圖11展示了有限元方法的發(fā)展過程。隨著計算機技術的飛速發(fā)展，基于有限元方法原理的軟件大量出現(xiàn)，并在實際工程中發(fā)揮了愈來愈重要的作用；目前，專業(yè)的著名有限元分析軟件公司有幾十家，國際上著名的通用有限元分析軟件有ANSYS，ABAQUS，MSC/NASTRAN，MSC/MARC，ADINA，ALGOR，PRO/MECHANICA，IDEAS，還有一些專門的有限元分析軟件，如LSDYNA，DEFORM，PAMSTAMP, AUTOFORM，SUPERFORGE等。 圖41有限元方法的發(fā)展過程西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文39 相似理論及塑性理論基礎相似理論可以用來對成形過程中的各種因素進行假設和抽象及簡化。由于塑性加工過程的復雜性，在此過程中發(fā)生的一些物理現(xiàn)象很難用定量關系來描述。如金屬的流動、接觸面上的摩擦、塑性變形過程中熱量的產(chǎn)生和傳遞、材料顯微組織和性能與過程條件之間的關系等，都很難預測和定量分析。對于成形過程進行理論分析、有限元模擬或試驗模擬時，都要對所研究的問題進行抽象以及必要的簡化，即對變形體及受力的模型進行簡化，以便于進一步的分析和研究。對于塑性加工過程進行物理模擬時，應首先對所研究的問題進行模擬分析一般的，當成形制件尺寸過大和過小、成形材料強度高、成形條件苛刻(如成形溫度高、成形力大)等，為了節(jié)省試驗費用和縮短試驗周期，多根據(jù)模型相似的原理，降低實際成形條件，進行模擬試驗，然后將實驗結果推廣到實際成形過程。進行數(shù)值模擬時，也同樣涉及模擬分析問題，對成形過程中的各種因素進行假設和抽象及簡化，如材料模型、幾何模型、接觸條件、對稱性、熱生成及傳遞、組織變化等。塑性理論是有限元分析的基礎，這方面的內(nèi)容很多，以下只就網(wǎng)格重劃技術中涉及的理論問題，主要是增量理論的基本理論加以簡要的綜述。塑性材料的基本特征是應力應變之間不存在唯一的對應關系，而依賴于變形的歷史。根據(jù)應力應變?nèi)筷P系建立起來的形變理論的應用受到很的限制，特別是涉及卸載、重復加載和循環(huán)加載等情況時，形變理論是不適用的。而材料應力應變關系的增量理論尋找解決時遇到的困難，因此作為彈塑性有限元分析的基礎，這里只討論增量理論的有關內(nèi)容。 PAMSTAMP 軟件介紹 特點及應用范圍PAMSTAMP 2G 軟 件 世界著名仿真模擬和制造解決方案供應商 ESI 集團，其集成化的沖壓模擬解決方案——PAMSTAMP 2G 是迄今為止，世界上唯一整合了所有板金成形過程的有限元計算機模 擬 求 解 方 案 。 從模具設計的可行性、快速模西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文40面生成與修改，到?jīng)_壓過程的模擬與優(yōu)化設計都整合到了新一代的 PAMSTMP 2G。該方案包括從模具設計的可行性研究，到設計驗證，直至制造工藝的優(yōu)化的整個制造鏈。P PAMSTAMP 2G 的主要功能模塊包括對模面與工藝補充進行設計和優(yōu)化的 PAMDIEMAKER，為研究工件而進行快速評估的工具 PAMQUIKSTAMP以及驗證成形工藝和沖壓件質(zhì)量的 PAMAUTOSTAMP。PAMSTAMP 2G 的所有模塊都集成在統(tǒng)一的操作環(huán)境中，模塊間可以交互操作，并以完全一致的方式共享 CAD資料。PAMSTAMP 2G 軟件的新的系統(tǒng)框架可以在各模塊之間進行無縫數(shù)據(jù)交換，還提供了可以客戶化的應用程式編程界面：P AMDIEMAKER 通過參數(shù)迭代的方法獲得實際的仿真模型，能在幾分鐘內(nèi)生成模面和工藝補充面，并快速分析判斷零件有無過切(負角)，并計算出最佳的沖壓方案，然后可非常簡單地對模面和工藝補充面的幾何形狀進行修改，并參數(shù)化地完成所有前期模具設計的控制。PAMQUIKSTAMP 提供的是一個快速成形分析，在精度、計算時間、計算結果三者之間折衷出最優(yōu)的方案，能讓模具設計師快速檢查和評估其模具設計，包括模面和工藝補充部分以及其他模具設計的合理性；PAMQUIKSTAMP 提供的是一個快速成形分析，在精度、計 算 時 間 、 計算結果三者之間折衷出最優(yōu)的方案，能讓模具設計師快速檢查和評估其模具設計，包括模面和工藝補充部分以及其他模具設計的合理性。該軟件能進行汽車碰撞與安全分析、撞擊跌落試驗、爆炸、金屬沖壓、鑄造、焊接、熱處理、電子輻射、氣流和噪音等各個領域的全面計算機模擬。其中PAMSTAMP2G 是 ESI 公司與 2022 年推出的第二代模擬仿真系統(tǒng)。PAMSTAMP2G 將從模具設計可行性、快速模面生成與修改，沖壓過程模擬與優(yōu)化整合與一身。 PAMSTAMP 模塊種類PAMSTAMP 2G 針對不同用戶，提供不同模塊，其中主要包括：（1） PAMAUTOSTAMP 模塊采用顯示動力格式，為用戶提供能在實際工業(yè)條件下，如考慮重力、壓料過程、多步成形、深拉延、切邊、翻邊和回彈等復雜情況下可視化的沖壓成型模擬。能提供比較精確的成型結果，幫助用戶在公差范圍內(nèi)對模具進行全面質(zhì)量控制，解決昂貴、耗時的修模調(diào)試時間。同時有隱式求解技術，能快速進行回彈西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文41計算和零件剛度分析。網(wǎng)格合成技術的發(fā)展，對后續(xù)沖壓和回彈計算非常有利。（2） PAMDIEMAKER 能夠在很短的時間內(nèi)完成模面和工藝補充面的設計與優(yōu)化，快速地分析判斷零件有無過切（負角）和計算出最佳的沖壓方向，然后非常簡單地讓您對模面和工藝補充面的幾何形狀進行修改，能夠參數(shù)化地完成所有的前期模具設計的控制。（3） PAMQUIKSTAMP 提供的是一個在精度、時間和計算資源上得到很好平衡的快速成型評估。在考慮了材料性能、摩擦條件、壓料力、壓延筋參數(shù)和切邊后，其在非常短的時間（幾到十幾分鐘）內(nèi)提供一個可靠的模擬結果。在方案設計最初階段，讓模具設計師對凹模不同參數(shù)進行評估，以輕松去除錯誤的選擇。（4） DEltaMESH 模塊是高效的自動網(wǎng)格生成工具。（5） Morphing 模塊可以快速直接的對幾何體進行局部修改，原有網(wǎng)格隨之更新，避免了在網(wǎng)格重新劃分操作的時間花費。（6） DIE TEIMMING 是優(yōu)化沖裁設計的模塊，檢查沖裁角、廢料切割工具的位置。（7） Blank Optimizer 是專門和 QUIKSTAMP 連接使用的模塊。它可以得到和所有要求的最終沖壓形狀一致的最初板料輪廓，可以優(yōu)化材料利用率。（8） INVERSE 是個一步的逆向解決器，用于給出沖壓件展開形狀的快速估計并進行最初零件檢驗。PAMSTAMP 2G 實現(xiàn)了各功能模塊之間的無縫連接，所有的沖壓模擬數(shù)據(jù)均能在各功能模塊共享，因此設計師能在同一界面內(nèi)快速的使用QUIKSTAMP 或 AUTOSTAMP 模塊對模面進行快速成型模擬或精密模擬，同時對所設計的模面進行優(yōu)化。用戶所關心的只是實際的沖壓問題，而無需在軟件使用中分散精力。 深變形有限元分析模擬本節(jié)以機翼燈罩工件拉深為主要研究內(nèi)容，用有限元法模擬機翼燈罩工件西北工業(yè)大學明德學院本科畢業(yè)設計論文42拉深的加工過程，對變形區(qū)的應力應變分布規(guī)律，拉深成形力及其變化規(guī)律進行分析。具體內(nèi)容包括：1)拉深過程中材料應力應變分布；2)拉深力行程關系曲線和數(shù)據(jù)； 零件定義由于拉深試件較為復雜用PAMSTAMP建模不太方便，在這里我用CATIAV5R21建立相關模型。詳細的