面向沖壓產(chǎn)品設(shè)計的快速仿真與優(yōu)化技術(shù)的研究.pdf

1、基于有限元增量法的模擬技術(shù)已廣泛應(yīng)用于模具工藝設(shè)計的后期階段，用于工藝校核。而在汽車產(chǎn)品的設(shè)計階段和模具早期工藝設(shè)計階段，數(shù)值模擬方法的技術(shù)水平還很低。隨著汽車產(chǎn)品的更新周期越來越短，汽車企業(yè)和模具制造企業(yè)越來越重視產(chǎn)品和工藝的設(shè)計能力，提高自身的核心競爭力。作為產(chǎn)品設(shè)計階段的一個關(guān)鍵方法——有限元逆算法，由于計算精度較低，應(yīng)用范圍還比較窄，還很難滿足應(yīng)用要求。 論文結(jié)合國家自然科學基金等項目(5057508，2006BAF01

2、A43，2006AA04Z140)，全面分析了傳統(tǒng)逆算法優(yōu)缺點，采用四邊形DKQ 殼單元，結(jié)合實際沖壓工藝，改進了逆算法模型，提高了計算精度，并拓展了其應(yīng)用范圍。主要包括以下幾個方面的內(nèi)容： 基于有限變形理論，采用DKQ 殼單元模型，建立了初始構(gòu)形和最終構(gòu)形兩個狀態(tài)下，物質(zhì)點的幾何運動關(guān)系?？紤]板材面內(nèi)各向異性，結(jié)合Hencky的形變理論和Hill 屈服準則，推導(dǎo)了逆算法的本構(gòu)方程，提出了改進的逆算法。在計算法模型中，根據(jù)實際沖

3、壓工藝條件，考慮了壓邊圈、托料塊和拉深筋等工具對板料成形的影響。提出了修邊線展開與翻邊成形仿真算法，不僅可以考慮了翻邊成形過程中的展開面模型（工藝補充面）、壓邊圈模型和摩擦等工藝條件，還可以考慮了實際板料的材料性能參數(shù)對模擬精度的影響?；赨GS/NX 平臺開發(fā)了汽車覆蓋件修邊與翻邊工序的快速仿真系統(tǒng)，在模具設(shè)計階段為工藝設(shè)計人員提供一個快速的修邊線設(shè)計和翻邊成形分析工具。 提出了一種多步展開方法，可以輔助復(fù)雜的三維級進模零件中

4、間構(gòu)形的展開，尤其是包含自由曲面的中間構(gòu)形的展開。根據(jù)零件的沖壓工藝特征，按照沖壓工步的順序，在局部區(qū)域建立有限元逆算法模型，依次在局部區(qū)域逆向展開，得到中間關(guān)鍵構(gòu)形。算法在展開坯料時，可以根據(jù)特征面自動確定板料展開參考面，并可以考慮搭橋、壓邊力、摩擦以及彎曲時板料應(yīng)變中性層偏移等實際工藝條件的影響，分析連續(xù)沖壓過程中板料的成形性及可能的工藝缺陷，優(yōu)化各個成形步的中間構(gòu)形和工藝條件，最終求得初始坯料形狀。 提出了一種基于混合單元

5、模擬沖壓成形件回彈。算法先采用有限元逆算法評估沖壓件的成形性，再采用無旋轉(zhuǎn)殼單元模擬產(chǎn)品的回彈。由于無旋轉(zhuǎn)自由度殼單元在單元每個節(jié)點只有三個位移自由度，回彈計算時間較短。算法可以作為產(chǎn)品設(shè)計階段快速的回彈評估工具。 基于有限元逆算法和靈敏度優(yōu)化方法，建立了綜合考慮板料厚向應(yīng)變分布、破裂、起皺以及成形不足等多目標的拉深筋工藝優(yōu)化算法。文中以實際零件為例，驗證了上述算法的可靠性和精確性，證明了作者提出的方法不僅增強了沖壓件產(chǎn)品的設(shè)計