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毕业设计（论文）译文及原稿译文题目：用冲压模面变形应变增量法进行成形性能评价原稿题目：FORMABILITY ASSESSMENT IN STAMPING DIE FACE MORPHING USING STRAIN INCREMENT METHOD原稿出处：Liang Zhou,S.Jack Hu,Thomas B.StoughtonFORMABILITY ASSESSMENT IN STAMPING DIE FACE MORPHING USING STRAIN INCREMENT METHODJ.ASME,2009:19浙江工业大学之江学院毕业设计（论文） 外文翻译用冲压模面变形应变增量法进行成形性能评价摘要通过直接从部件到部件的制图过程的预测应变分布，一种应变增量计算方法在早期已经被用于成形性评估。这种方法由有限元网格绘制成实物的几何形状组成，通过引入弯曲能和应变斜率关系的函数来解决零件到零件映射关系，并且从部件到部件映射的应变区得到应变增量。案例研究表明在有限元分析应变区使用应变增量方法比较好。由于这种方法不需要新的模具表面知识，所以这种成形性评估可以作为先进制造业在新零件设计的可行性分析。简介在汽车车身开发过程中，成形加工是实现流线型车身和时尚外观的最重要加工流程之一。在成形过程开发，模具表面工程学（DFE）是设计与制造的连接1，这一步不仅是从设计构思到计算机辅助设计模型参数化，也是设计零部件可以被花费有效的制造的可行性验证。然而，在产品设计和模面工程总有缺失环节，设计工程师通常很少或者根本没有关于零部件可成形性的信息，至到进入模面工程过程。正因为这个缺少的环节，所以要完成一个可制作零件需要反复满足设计规范和加工可行性，比如，可成形性和几何特性。在车辆的系列和代产品，具有相似性的通常可以被认为属于同一产品系列的，或是从一代到下一代。为方便并加快模面工程过程中，利用模具的相似性，冲压模具的进化变形概念2已经被引入，并允许从一个产品应变或演变到一个新的但相似的板材产品的设计中学习知识，如图1所示。这种模具变形包括三个连续的步骤：部件到部件以旧部件与新部件之间的几何关系为基础映射的，模具到模具变形使用映射函数，有限元验证相同的部分。图1.老一代到新一代的映射2先进的冲压模具的计算步骤也可应用于变形的金属板材成形性的估计。在这个文件中，来自现有的设计信息（即，应变分布）的几何形状和成形性被纳入到估算新产品变形应变分布的过程中。在没有新的模具几何学被提出的情况下，一个应变增量方法被引入用来估计应变分布。基于估计新产品应变分布，可成形性可进一步评估通过应变或应力基础的方法。这种评估对设计和模面工程师在减少设计/反复制造都有利。本文内容如下：以下部分是目前估计板材成形应变直接方法的研究进展。几何作图法以自由变形（发展筹资）为基础，然后发展到几代产品之间获得的映射关系。通过取一个平滑函数和应变梯度点，得到应变增量法来预测下一代的一部分应变分布。最后证明此方法是通过一个二维U形通道冲压情况研究得出的结论。现代技术水平应变分布总是决定冲压过程中的板材产品的成形性的关键。冲压模具发展的传统方法包括试错法，这种方法不仅费用昂贵，而且费时。随着电脑科技的进步，数值方法可以提供更快速，费用合理的成形工艺评估，并且现在被广泛采用在成型的设计和制造3-6。然而，目前大部分分析方法需要设计和模面工程阶段之间的互动：为了模拟成形过程，试模必须被进行，然后验证所有设计零件的可制作性。如果生产不符合规范，工程必须在零件的设计上作出变更。为了减小设计和模面工程之间的重复性，一些直接的预测方法已经发展到可以从零件设计直接预测应变分布。这些方法包括理想成形理论和逆方法（一步解决方案）。理想成形理论7-10开发基于极值的工作原理。在这种方法中，每个材料元素是在最低工作路径和理想的全部进程中局部规定的变形，然后被定义为有一个有最终的形状最佳的全部塑性变形。逆方法11-13是建立在虚功原理。它由三角面离散壳单元零件表面并计算反向变形量估计大对数应变并预测初始毛坯形状。这两种方法的应用已经成功地展示14-16。对于发展的产品设计，没有模面工程的设计阶段，直接的方法能够预测应变和可成形性。然而，一旦零件设计更改，这两种方法都需要生成新的有限元网格。考虑到同一家族系列或同一代的板材产品几何相似，如果这种相似性的信息被利用，那更有效的算法可能被发展。随着几何建模实现，如产品设计变形17-18时，变形技术已经在冲压模具开发中表现出巨大的发展潜力。因此先进模具表面变形的概念是最近开发冲压产品系列从同一或不同产品的金属板材产品的开发2。该变形算法设定了各个几何部件之间映射的几何学基础。在几何制图的基础上，在同一产品家庭的类似零部件的应变估计的方法论在本文中展开介绍。几何以自由形式变形应变算法在这里，对典型零件映射算法为例进行简单介绍。假设现有的一批零件的几何尺寸,i，新一批为,i+1,都是已知的（图1）。现有的零件和新的零件都是又非均匀有理B样条（NURBS)曲线/曲面所确定的，他们的控制点（CP）和自由度（DOF）都是已知的。一个映射函数，被记为部件之间映射，是通过现有零件几何尺寸和新零件几何尺寸间的关系来获得的。通过使两者几何对应关系最大化完成记录。部件的自由形态表示冲压CAD设计时，零件和模具的几何形状的自由形式是通过NURBS曲线/曲面描述的19。NURBS曲面（图2）定义为， (1) 其中， 其中和分别是自由度p和q的B样条基函数。是对应重量。是在矩阵内控制点的集。和是局部u和v方向的向量。这里，和保持。根据公式（1），可见，一个面的形状完全取决于这一系列CP点的的位置。通过改变这些CP点位置，表面形状是可以被改变的，其结果是产生一个新的连续表面。图2.NURBS曲线定义的16个控制点图3.自由变形：（x,y,z）是原来的点，（X,Y,Z）是自由变形后的点2零件间通过自由基本变换转变零件间的映射是通过记录现有零件源表面到新零件的目标表面所构想出的。我们的目标是优化源面和目标之间的对应关系。这表面是通过（范围）和（范围）这两个CP集相对定义的。 （2）为对应两表面之间的一般距离： (3) 其中，是目标面。是CP点集的变化函数。是以改变CP集为定义的面。我们优化的目标是找出一个变化函数以使一般距离最小。在本文中，三次方自由变形（FFD）20,21被选择NURBS控制点变化方法，因为它通常被用于局部几何变化。这个三次方自由变形被定义为， （4）其中，u,v,w是局部坐标系，B是均匀三次B样条混合函数（5）。是格点（LP）用来确定自由变形空间。 （5） 图3为一个自由变形例子，它确定了映射T：（x,y,z）(X,Y,Z)，其中（x,y,z）在源空间内，（X,Z,Y）在目标面。根据公式（4），它可以被这样推导，设 （6）其中的， 公式中，是从（x,y,z)到（X,Y,Z）映射的标识。可被视为定义原始空间的格点集。在满足变化时，是CP集的增量，而是格点集增量。通过简化公式（6），可见，原始CP点集和新CP点之间的区别完全取决于相应格点的的变化。 （7） 根据公式（3），（4）和（7），也是一个关于的函数。因此也就确定了现有曲面与新曲面之间的映射。在解决部件之间的映射时，下面的优化问题被提出， (8) CP集的最佳位置是通过使变化的原始物和目标物之间的一般距离最小化得到的。为源和目标之间的几何尺寸最大准误差。数学目标是通过移动格点使空间翘曲成空间找出一个映射函数，因此在变化的源物体和目标物之间的一般距离最短。应变增量法应变增量法的概念可以作如下解释：因为现有部分应变分布是已知的，如果增量应变相关的部分到部分映射可以被预测，最终的应变可以通过应变叠加估算。为了预测几何变形的应变，需要作出一些假设：1) 新零件的材料和现有零件相同。这确保了应变和应力对应的几何变形是唯一的，而不受材料性能的影响；2) 新零件的设计是“相似”于现有零件，成形新零件的应变过程相似于现有零件的成形过程。3) 几何变形应变增量是定义在壳的中面，即膜应变被考虑。应变增量方法总结成以下的步骤：1） 现有有限元网格映射到零件几何形状：扭转有限元网格到几何形状的映射，以至于在零件到零件映射以下步骤，应变增量可被估计和被叠加到现有零件应变分布上的。2） 把光滑函数和应变梯度损失关系归类到应变优化问题上，公式（8）：因为材料性能与几何变形无关，因此，应变估计需要通过一个平滑函数和损失项约束，以确保物理可行性。3） 从几何变形中提取应变增量：最终应变增量是从变形过程产生的位移量计算的，并叠加到原始应变来估计新零件的应变分布。根据这个应变分布，进一步标识，例如以应变为基础的荧光检测常用于检测成形性。参 考 文 献1 Okamoto, I., Takahashi, A., Sugiura, H., Yamada, N., and Mori, T., 1988, “Computer Aided Design and Evaluation System for Stamping Dies at Toyota”. 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