HyperWorks 优化技术在薄板件工艺可成型性分析中的应用

1、HyperWorks 优化技术在薄板件工艺可成型性分析中的应用         概述        判断薄板件工艺可成型性冲压仿真 CAE 技术目前在很多企业已得到广泛的应用，在运用此类有限元软件进行工艺可成型性精确分析判断时，我们通常的做法是向 CAE 软件中导入模面，根据先前估算的板料毛坯进行仿真分析，当发现问题需要进行修正时，比如加大局部圆角、降低高度、增加一定的侧面斜度等，需要在 CAD 软件中修改好而后再次导入到CAE 软件中，如此反复，及其繁琐。对于简单

2、零件局部细节需要在 CAD 中更改时可能还较为方面，对于复杂模型，可能要花费很大的功夫。本文就我们在做仿真过程中如何运用HyperWorks 的 HyperMorph 技术实现对仿真模型（有限元模型）的形状和尺寸改变做简单阐述，并就 HyperStudy 对薄板件类零件形状优化技术进行了探讨。        一、HyperMorph 技术简介        HyperMorph 是一个内嵌在 HyperMesh 中的网格变形工具，仿真模块 HyperForm 中也可以自动加载

3、 HyperMorph。通过它，可以使用多种交互式的方法来改变网格形状，这些方法包括拖拽 handles，改变模型高度、倒角和半径及局部角度等。Morph 过程包括将模型分成多个域（domains），这些域的形状由 handles 来控制。通过移动 handles，可以改变domains 的形状，以及 domain 中节点的位置。在局部细节改变的过程中，网格的变形比较合理，能够满足设计的要求。        二、实际应用案例        （图一）所示为我

4、公司重装产品零件中的一个大型覆盖件 CAD 模型，料厚 1.5，深度 385。此处为节省计算时间，提高模拟效率，成型模面（图二）取工艺数模的 1/4 进行成型可行性模拟仿真。对此零件，先后采用了几种仿真软件，例如 DynaForm、HyperForm等，并试验了各种模拟仿真条件（同样的材料和厚度），不同的压边力，不同的拉延筋布置，不同的润滑系数等等，都无法得到可以接受的成型仿真结果。这时就需要对产品数模进行改动，以达到成型性要求。我们先期利用 HyperMorph 技术对凹模面 FEA 模型进行了几处可行性工艺处理，加大了凹模材料入口处和顶部易拉裂部位的圆角，并降低了成型高度。而后直接利用更改

5、后的模型进行下一步的仿真设置，也可将改后的 FEA 模型通过 HyperWorks与其它 CAE 软件的接口导入到其它 CAE 仿真软件中进行下一步的分析。        在仿真分析中一般把凹模面视为刚性体，故可利用 Rmesh 或 adaptive mesh 方法对凹模面进行分网。图三中网格是利用 Rmesh 方法得到的刚性体网格。然后直接加载HyperMorph，先创建 domains 和 handles，此处让软件为所有网格自动创建 2Ddomains和 handles。见图三和图四自动创建的域和移动 handles。对于复杂的

6、模型，需要修改自动创建 domains 的相关参数，例如 domain angle 和 curve tolerance 等，以便生成易于改变模型特征的域和 handles。图3图4        创建 domains 和 handles 后，就可以运用 morph 技术对网格进行形状和尺寸的改变了。以下几副图片为改变前后的对比。        如果需要再次对不同细节调整，采取同样的办法，很快就能实现。使用 HyperMorph工具可以方便地修改模面的特征，极大减少了

7、在 CAD 中做修改和再次导入数据划分网格所需要的时间。        三、HyperWorks 对此类薄板件工艺可成型性优化问题探讨        产品设计的一个重要考虑就是其工艺可成型性，而对一个设计方案提高其工艺可成型性的方法取决于设计本身、材料和加工条件等多种因素。设计人员的经验和与工艺人员的沟通无疑非常重要，但是要对一个产品设计的工艺可成型性进行优化却往往面临以下几种困难：        1. 很难判断一种

8、因素对整体结果的影响程度；        2. 由于多种因素往往互相作用，导致如何在多个因素的各种组合中找到最优解较为困难。        在上面的案例问题中，可以利用 morph 技术设定优化条件。首先对产品 CAD 模型做必要的工艺修补，但周边用于压边的工艺面不必做出。然后利用 HyperMesh 常规方法为模型划分网格，此处不宜使用 HyperForm 中 Rmesh 方法划分。分网后创建 domains 和handles，利用 Morph 功能为结构设定各圆角变化及深

9、度变化形状变量，定义各形状变量的初始值和变化范围。同时在 HyperForm onestep 算法中，可以考虑工艺参数压边力的变化。最后在 HyperStudy 中为问题设定优化约束和优化目标，结合 HyperForm onestep 算法，经过多步迭代计算，可以找到需要的最优解。        我们在几次分析中，尝试采用了 HyperStudy 优化分析方法，得到了一定有指导意义的结果。但这种最优解有时过于保守，可以根据实际情况，适当放大最优解。        四，结语        在对薄板件进行工艺可成型性分析过程中，利用 HyperMorph 技术对模具特征进行有效的改变，可以帮助