面向沖壓產(chǎn)品設(shè)計(jì)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(jì)的后期階段，用于工藝校核。而在汽車(chē)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)階段和模具早期工藝設(shè)計(jì)階段，數(shù)值模擬方法的技術(shù)水平還很低。隨著汽車(chē)產(chǎn)品的更新周期越來(lái)越短，汽車(chē)企業(yè)和模具制造企業(yè)越來(lái)越重視產(chǎn)品和工藝的設(shè)計(jì)能力，提高自身的核心競(jìng)爭(zhēng)力。作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段的一個(gè)關(guān)鍵方法——有限元逆算法，由于計(jì)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(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目(5057508，2006BAF01

2、A43，2006AA04Z140)，全面分析了傳統(tǒng)逆算法優(yōu)缺點(diǎn)，采用四邊形DKQ 殼單元，結(jié)合實(shí)際沖壓工藝，改進(jìn)了逆算法模型，提高了計(jì)算精度，并拓展了其應(yīng)用范圍。主要包括以下幾個(gè)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(gè)狀態(tài)下，物質(zhì)點(diǎn)的幾何運(yùn)動(dòng)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(zhǔn)則，推導(dǎo)了逆算法的本構(gòu)方程，提出了改進(jìn)的逆算法。在計(jì)算法模型中，根據(jù)實(shí)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(duì)板料成形的影響。提出了修邊線展開(kāi)與翻邊成形仿真算法，不僅可以考慮了翻邊成形過(guò)程中的展開(kāi)面模型（工藝補(bǔ)充面）、壓邊圈模型和摩擦等工藝條件，還可以考慮了實(shí)際板料的材料性能參數(shù)對(duì)模擬精度的影響。基于UGS/NX 平臺(tái)開(kāi)發(fā)了汽車(chē)覆蓋件修邊與翻邊工序的快速仿真系統(tǒng)，在模具設(shè)計(jì)階段為工藝設(shè)計(jì)人員提供一個(gè)快速的修邊線設(shè)計(jì)和翻邊成形分析工具。 提出了一種多步展開(kāi)方法，可以輔助復(fù)雜的三維級(jí)進(jìn)模零件中

4、間構(gòu)形的展開(kāi)，尤其是包含自由曲面的中間構(gòu)形的展開(kāi)。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(kāi)，得到中間關(guān)鍵構(gòu)形。算法在展開(kāi)坯料時(shí)，可以根據(jù)特征面自動(dòng)確定板料展開(kāi)參考面，并可以考慮搭橋、壓邊力、摩擦以及彎曲時(shí)板料應(yīng)變中性層偏移等實(shí)際工藝條件的影響，分析連續(xù)沖壓過(guò)程中板料的成形性及可能的工藝缺陷，優(yōu)化各個(gè)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(píng)估沖壓件的成形性，再采用無(wú)旋轉(zhuǎn)殼單元模擬產(chǎn)品的回彈。由于無(wú)旋轉(zhuǎn)自由度殼單元在單元每個(gè)節(jié)點(diǎn)只有三個(gè)位移自由度，回彈計(jì)算時(shí)間較短。算法可以作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段快速的回彈評(píng)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(biāo)的拉深筋工藝優(yōu)化算法。文中以實(shí)際零件為例，驗(yàn)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(qiáng)了沖壓件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)