汽车覆盖件成形过程数值模拟

1、汽车覆盖件成形过程数值通过CAE分析，经过搐心处理的有顼元模型可极其准请地槐拟前.后车门各个部分的受力和变形情况，荘得其模态待性臥而町在计算机上得到有关力学特性井对其进行判断*血R可在计第机匕宜接对不符合设计的工杵加以改进和对照.这样可以大大减少所需嬰的时河，得到的优化方案可以对车身前乙后平门的再设计提供有用的指舉砌.1.4.1.1有限单元法的提岀对于许多力学问题和物理问题，人们已舞鮒到了它们应遵循的星本方程（常微分方裡或傭微分方程和相应的宦解条fh但能用解圻方法精确求出的只是少数方程性质比较简单、且几何形坎卅当规则的问对F大鸟数问題.由于方裡的某些持征的非线性件质.或由于求菸区域的几何形状比

2、较复杂，则不證得到解析解。这类间题的解决通常采用数谊解法.而習限单尤法的出现.星数值分析方法研究牺域内的重大究磁性的避展W从应用数学対度看.有限单元法基本思想的堤出卩町以追潮到943年.Courant次嗤试应用定义于三角形区域上的分片连续凿数和堆小碗能鎭理相结合以求解StVenant扭转问翹*有限单兀法在现代第一个成功的尝试+是将刚架位移法应用干解决艸性力学的平面简题.是19餡年美国Turn弧Clough等人在分斷社理飞机结樹时所得到的战果。他们第一次就皓出了采用三角足单兀盪制平面应力问题的正确解答二角形单元的葷元特性杲曲弹件理论方雜来确定的.采用的是宜接刚度法。他们的硏究成果打开了应用计尊机

3、来求解貝朵平面禅性问題的新局I960年Clough13-处理了平面弾性问题，幷第一次提由了“有限单尤法”的名称”便人们开始认识了有限单元法的功效W从确定单元特性和建立求解方程的理论基础和方法来说，Turner>Clough等人开始提出有限单元法时是利用直接刚度法。这冲方法来源于结构分析的刚度法.这对我们明确有限单元法的一些物理概念有帮助，但只能处理一些较简单的工程问题19631964年，Besseling.Melosh和Jones等人证明了有限单元法是基于变分原理的里兹法的另种形式，从而使里兹法分析的所有理论基础都适用于有限单元法，确认了有限单元法是处理连续介质何题的一种普遍方法.利用变

4、分原理建立冇限元方程和经典甲.兹法的主要区别是有限妝元法假设的近似曲数不足在全求解域而足在单元上规定的，而且爭先不要求满足任何边界条件，因此它可以用來处理很复朵的连续介质问题。从20世纪60年代后期开始，进一步利用加权余虽法来确定单元特性和建立有限元求烬方程。有舉妝元法中所利用的主耍是伽辽金法，它可以用已经知道问题的微分方程和边界条件、但是变分的泛函尚未找到或者根本不存在的情况，因而进一步扩大了有限单元法的应用领域1反向一步模拟方法板料成形数值模拟涉及到几何非线性、材料非线性和接触非线性问題的分析和计算.目前多数足采用反向一步模拟方法.它是将板料成形过程简化为一个或若干个简单加载的变形过程，采

5、用全量理论进行分析。因此计算可以只考虑初始态和变形态，忽珞中间拘型的变化.这是一种预测板料成形中大变形的岛效算法.由于塑性变形的应力一应变关系和屈服准则的相关性，在模拟中选择合适的用服准则来描述塑性变形就显得非常重要。Hill二次屈腿准则能描述很多各向异性金属板材的塑性变形，但是也发现了反常的现猱.因此，Hill提出了更般的非二次屈服准則來描述金属板材的各向异性：2(1+=(12-<r2|*|cF|(1其中，R为描述材料各向异性的Lankfbrd常数，ml,当m=2时就是二次屈服准则。假设弹性应变很小，且和塑性应变有相同的各向异性，山正交渝动法则可得比例加载条件下各向异性金属板材的本构关

6、系同6+61+尸l+2rc（刍-勺）W-I=(I")Hl©+£?)(1.2)(1.3)(1.4)ftll.2板热和模畀Z间的接鮭和障擦Pn=P(nk)根惦&±Q的正负决定使用公式来求解本构关系。二L可由材料的单轴拉伸£应力应变关系求得。在反向一步模拟方法中，板料和模几之间的接触町简化为板料上的外部载荷.在冲头作用卜J板料受到法向压力凡和切向摩擦力人，它们的合力F可这样得到(图1.2)：”*；+F；(T)(1.5)tana=/(1.6)nr-i-x>=-(n屮)(1.7)式中：“縻擦系数/一料和冲头之间相对运动（AD）在板料切平面上

7、投影的单位矢量。在压边圈作用几作用于板料上下两表面的法向压力丹是平衡的，所以外那我荷只要考总摩撩力即可（国1.2）：(1.8)(1.9)(1.10) 式中：P单位水平而上的压力.由于接触条件是依赖于变形路径的，所以以上板料和模具之间的接触和摩擦的表示都是近似的。但足在这些假设的基础匕可以定性地研究-些参数对拉伸过程的影响，如：材料性能、压边力、摩凍系数等.1.4.1.3 CAE在汽车冲压件生产工艺中的优化应用隨着计算机技术的不断发展，H前各大汽车制造和模具加工方面广泛利用CAE（计算机辅助工程）技术进行产品模拟的分析及冲压件成形过程分析。在投产以前，通过对产品可能出现的各种成形峡陷进行CAE分

8、析，来保证汽花冲压件戌形的可行性.通过计尊机数值模拟技术，使设计阶段就可以对冲压件质量进行预测.挣制制造成本.提高产骷T艺设计的合理件.并能由此减少因为设计的错误而造成的返修或报废.应用于汽车冲压件分析的主流软件爹是增辰求解软件.由于增虽求解软件在前处理阶段花费大量的时间，计算速度相对较长，它非常适合冲压工艺显后验证阶段使用.一步法成形技术可以在冲压件设计和卩期工艺设计阶段发挥设置简单、求解速度快的优势，如果把一步成形法和堆量求解法相结合，就能达到兼顾精度、提离效率的目的.目前这类方法在汽车工业界被广泛地采用WCAE模拟分析在车门刚度设计中的应用由于车门上承戏着上述各种功能零件，任何功能件的失

9、效祁将可能导致客户的抱怨，严垂的甚至产生危险，这样就对车门本体的刚度提出了很烏的要求,由于车门总成由内外板及一些加强板焊接包边而成，所有的功能零件祁是通过螺程或其他手段阖定在车门内板上，所以年门内板的强度就很大程度决定了车门总成的强度.为了保证车门内板有足够的刚度承報车门上的所有功能件，通过CAE分析来校核各个设计方案是否满足了我们的刚度需求，并且提出一些相应的优化方案，从结构上来提高内板及车门总成的刚度.采用CAE技术对于减少试验次数、降低生产成本、缩短新乍开发时间等都有很明显的优势【4久ANSYS软件ANSYS新版本在CAE功能上涉及的内容包括：髙级分析、网格划分、优化、乡物理场和务体动力

10、学。它是基于ANSYS变分技术.是通过减少迭代总步数以加速多步分析的数学方法.这包松了收敛迭代和时间步迭代或者二者的综合.收敛迭代的例子是非线性静态分析，不涉及接触或塑性，而时间步迭代抬的是线性瞬态结构分析，二者组合的例了，非线性结构辑态或者热辑态分析.1.4.2 DYNAFORM软件DYNAFORM是美国ETA（EngineeringTechnologyAssociatesInc.）公司和LSTC公司联合开发的用于板料成型过程模拟仿真的专用软件。它集成了DYNAFORM本身功能强大的前处理功能和ETA-POST后处理软件以及LSTC公司开发的有限元动力显式求解器960和970。作为一款专用的

11、板料软件，DYNAFORM可以预测成型过程中板料的裂纹、屆皱和减薄、划痕、回弹，评估板料的成型性能，从而为板料成型工艺及模具设计提供帮助目前.DYNAFORM己在世界各大汽牟、航空公司，以及众多大学和科研单位得到广泛的应用WNG.在数值模拟过程中，橈具、板料等各部件模塑被离散化，分为有限个单元，单元用节点连接，单元之倒的作用曲节点传递，并根据弹塑性及相关理论建立物理方程，使用计算机按照特定算法求解出各小元成形后的应力、应变等状态，然后建立计算结果的仿真模型，反映板料在成形后的拉裂、起皱等现錶及应力应变筹情况。1.4.3 AutoForm软件AutoForm堤供一个完整的整合性电脑辅助分析软体平

12、台，对于设计金属饭金冲压成型零件和液压成型军件，提供住模具工程和产品工法开发t.AutoForm的特点：I它提供从产品的概念设计直至垠后的模具设计的-个完整的解决方案，其主姿模块有User-Interface（用户界面、Automeshcr（自动网格划分）、Onestep（一步成形）、DicDesigncr（模面设计、Incremental（增虽求解）、Trim（切边）、Hydro（浚压成形），支持Windows和Unix操作系统.2）精别适合于复杂的深拉延和拉伸成形模的设计，冲压工艺和模面设计的验证，成形参数的优化，材料与润滑剂消耗的最小化，新板料（如拼焊板、复合板）的评估和优化。3）快速易

13、用、右效、完全和可靠：采用的盼式增量有限元迭代求解技术不需人工加速模拟过程，与显式算法相比能在更短的时间里得出结果；其增虽算法比反向算法何更加梢确的结果，且使在FLC-失效分析里非常重更的非线性应变路径变得可行即使足大型复杂制件，经工业实践证实是可行和可靠的.4）AutoForm带来的竞争优势：因能更快完成求M、友好的用户界面和易于上手、对复杂的工程应用也有可靠的结果等，AutoForm能庇接由设计师来完成模拟，不需要人的硬件投资及姦深模拟分析专家，其高质址的结果亦能很快用来评估，在缩短产品和模几的开发验证时间、降低产乩开发和模具成本、提髙产品质址上效果显苦，对冲压成形的评估提供了虽的概念，给

14、企业带来明显的竟争优势和市场机遇.隧着汽车行业及汽车技术的不断发展，当前汽车设计及制造中越来越注更汽车目重的减轻与汽车安全性的提升，这亠趋势反映到车门总成设计上就衣现为外枫材料减薄及高强度板材使用，而且车门外板在拉深成型时，由于塑性变形时产生的不均匀性，往往造成某些部位刚性较差。因而车门普遍会表现出外板受按压时会冇不同程度的下凹，严重时会出现车门在按压时发出空洞声，而且车门刚性不足会彫响到汽车的安全行和舒适性，使顾客满意度下降，必须改进。要保证车门良好的各项性能，就必须在设计时充分考虑埒加各零部件的强度和刚性，慕至可以通过添加加强筋、増加局部结构的起伏或设计采用一些局部加强零件等方法來实现。汽车前门总成外板摒弃了以前所用的0.8mm板厚的扳材，而采用了较i<0.7mm）板材，内板采用厚薄及材料不同的板材拼焊而成，同时设计了门