應用進行薄板成形仿真

應用進行薄板成形仿真第一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二主要內容薄板成形工藝和術語薄板成形仿真的準備工作前處理階段的工作仿真分析結果及其用途輸入文件的常用模板其它常見的問題及處理方法建議的參考資料第二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二薄板成形工藝及術語說明：請參看DYNAFORMAPPLICATIONMANUAL成形工藝包括拉延（DRAW）切邊（TRIM）翻邊（FLANGE）拉延正拉延(toggle)反拉延(inverted)壓邊(binderwrap)拉延筋(drawbead)回彈（springback）程序中使用的重要術語減薄（thinning）拉裂(fracture)起皺(wrinkle)成形極限圖(FLD)第三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二薄板成形工藝及術語正拉延：第一個動作--上壓邊圈閉合，壓緊板料。上壓邊圈固定于外上方的支架，由固定壓力控制，通過壓力調整可以減小或增大固定壓力。壓邊圈閉合時，不對板料做下垂控制或反吹。

第四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二第二個動作--上凸模將板料拉延成形。上凸模固定于內壓頭，將板料從壓邊圈下拖進凹模型腔。

下凹模是實心的并固定不動，

第五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二反拉延

第一個動作—上壓邊圈閉合以緊固板料并置拉延筋。板料由下凸模支撐以得到一個好的外形。當壓邊圈閉合時，與正拉延相比，對板料做下垂控制和反吹。

第六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二第二個動作--上壓邊圈壓緊下壓邊圈，從而使板料繞凸模拉伸。該動作的目的在于用拉延筋將板料固定于壓邊圈之間，防止板料移動。所有外凸形狀均在該動作內實現(xiàn)。

第七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二第三個動作--上凹模閉合，對板料做二次拉伸，并拉延出最終的制件形狀。與常規(guī)拉延或拉伸成形相比，反拉延多出一個動作。并非所有的零件都適于反拉延

第八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二成形極限圖成形極限圖第九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二通常的獲得的方法：大量實驗DYNAFORM的FLD圖取自經驗公式：如何制作FLD以上公式確定極限圖的最低點。第十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二板料緊貼模具形狀成形。然而，成形(切邊)結束后，將工件從模具中取出時，其形狀會發(fā)生變化，這種形狀的變化稱之為“回彈”?；貜棳F(xiàn)象隨材料屈服應力、模具間隙、彎曲半徑的增大而顯著，隨材料厚度的增加而減弱。在模具設計過程中必須考慮回彈因素，這樣工件的最終形狀才能滿足外觀的設計要求及裝配要求。不同材料的回彈程度也不同?；貜?/p>

第十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二影響工件總體回彈的兩個組成部分是：

彈性回彈–沖壓成形中的彈性變形，主要是由于凹凸模之間的間隙比板料厚度大的緣故?；貜椊强赡軙艽?，這將導致嚴重的形狀偏差。屈服應力、模具間隙、板料厚度都是影響彈性回彈的重要因素。

塑性回彈—塑性變形區(qū)殘余應力的釋放導致應征偏差與回彈現(xiàn)象。影響塑性回彈的主要因素是應力和板料厚度。

“二次彎曲”或所謂的“整形”成形，是消除簡單工件回彈的常用方法。第十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二回彈示意圖第十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二回彈的計算LS-NIKE求解：輸入文件nikin;LS940以前LS-DYNA隱式求解器：與拉延同在一個文件中（seamlessswitchsolving）回彈量：任意節(jié)點在拉延構形和回彈構形中的位移。Resultantdisplacementplot.回彈方向：由原構形指向新構形.displacementvectorplot.第十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二薄板成形仿真的準備工作-----板料的材料應變的選擇？（工程、真實）各向異性？（正交、縱向）屈服準則？（與各向異性性質相關）硬化準則？（曲線、冪指數(shù)、多項式）應變率效應？（是否明顯？）選擇LS-DYNA何種材料本構？*mat_3-parameter_barlat*mat_transversely_anisotropic_elastic_plastic*mat_fld_anisotropic第十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二薄板成形仿真的準備工作-----板料的材料1.試驗單向拉伸2.獲得應力應變曲線3.擬和選定的LS-DYNA本構參數(shù)

？由產品商提供？完全由試驗測得常用的方法：第十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二薄板成形仿真的準備工作Springback分析中的材料??-----板料的材料第十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二薄板成形仿真的準備工作-----摩擦系數(shù)摩擦性能試驗裝置（？國內用戶）

能夠充分反映操作過程中的涂油條件結構簡單精確控制主要參數(shù)與模擬結果擬和第十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二薄板成形仿真的準備工作-----拉延筋單位長度的阻力*contact_drawbeadLCIDRF:確定板料在拉延筋彎曲展直變形的阻力,Fbending=B(δ)LCIDNF:確定板料在下壓過程中的法向力,Fnormal=N(δ),據(jù)此確定摩擦力,Ffriction=μFnormal

拉延筋阻力F=Ffriction+Fbending第十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二薄板成形仿真的準備工作-----拉延筋單位長度的阻力如何確定兩條曲線？1.DBFP？2.建立自己的數(shù)據(jù)庫試驗裝置不同形式的拉延筋如何擬和試驗與仿真的結果第二十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二薄板成形仿真的準備工作-------壓機參數(shù)壓機的類型，模具結構壓邊力or壓邊間隙行程曲線（速度-時間）第二十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二前處理階段-----幾何模型的讀入幾何模型最好為IGES帶工藝補充部分標明切邊線對局部的修改

分析模型較CAD/CAM精度高對丟失、縫隙、形態(tài)差的曲面進行修復減少劃網格的工作量第二十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二前處理階段應遵守基本的有限元建模準則，下面是一些具體要求：

1.

縱橫比小于10；2.

內角不超過30；3.

翹曲角不超過20；4.

盡量用四邊形單元而避免使用三角形單元；5.

部件單元的法線方向一致；6.

部件邊界檢查；7.

重單元檢查；8.

避免劃分太小的單元。盡量使用DYNAFORM的網格EDIT功能獲得理想的網格-----單元的劃分規(guī)則第二十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二前處理階段----自動定位，確定各部件之間的距離上、下模間隙，1.1~1.2部件的行程測量時應該考慮到殼單元的厚度自動生成速度-時間運動曲線壓邊力曲線第二十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二前處理階段-----其它問題是否有后續(xù)工序？是否考慮重力影響？是否使用自適應網格？何時使用？第二十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二仿真結果及其利用仿真結果：給定板料在給定的模具和工藝條件下的形狀及成形狀態(tài)。厚度分布（減薄率）應變分布（FLD）起皺缺料Skidmarks(劃傷)回彈量殘余應力成形力，壓邊力第二十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二涉及到的人員包括：車身零件設計工程師工藝設計工程師模具設計工程師分析工程師…仿真結果及其利用在設計工作的早期階段評價覆蓋件及其模具設計、工藝設計的可行性(assessfeasibility)；在試沖試模階段進行故障分析，解決問題(troubleshooting)；在批量生產階段用于缺陷分析，改善覆蓋件生產質量(improvequality)，同時可用來調整材料等級。第二十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二例1：設計拉延筋位置設計1

設計2單位長度拉壓筋阻力相同，拉延筋的布置不同第二十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二板料厚度減薄率對比設計1：減薄率50%設計2：減薄率40%第二十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二成形極限圖對比設計1：未通過設計2：通過第三十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二厚度分布成形極限圖例2微型車頂蓋的可成形性第三十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二------其它應用仿真結果及其利用成形力---選擇壓機壓邊力---控制阻力是否存在局部開裂？板料的坯料形狀？板料在后續(xù)工序中的成形剩余空間？如果達到極限，在后續(xù)工序中容易開裂。第三十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二輸入文件的常用模板*KEYWORD*TITLEtemplateformetalforming$$usethisinputdeckasaguideforsettingupmetalforming$simulationswithLS-DYNA$$-------------------------------------------------------------------------------第三十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二$-------------------------------------------------------------------------------$settheterminationtime,massscalingtimestepsize$*CONTROL_TERMINATION$ENDTIMx.x$*CONTROL_TIMESTEP$DTINITTSSFACISDOTSLIMTDT2MS0.00.000.0x.x$---------------------------------------------------------------------------------第三十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二$-------------------------------------------------------------------------------$Theadaptivefrequencyshouldbesmallenoughtoadaptevery2-4mmofpunch$travel.*CONTROL_ADAPTIVE$ADPFREQADPTOLADPOPTMAXLVLTBIRTHTDEATHLCADPIOFLAGx.x4.000230.00.000$ADPSIZEADPASSIREFLGADPENE2.00103.0000*CONTROL_HOURGLASS$IHQQH40.100*CONTROL_SHELL$WRPANGITRISTIRNXXISTUPDTHEORYBWCMITER20.0002-11221第三十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二*CONTROL_CONTACT$SLSFACRWPNALISLCHKSHLTHKPENOPTTHKCHGORIEN0.01021423$USRSTRUSRFACNSBCSINTERMXPENEN00000.0$第三十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二$selectanoutputfrequency,additionaldatabases.Addstraintoplotfile.$*DATABASE_RCFORC$dtx.x*DATABASE_BNDOUT$dtx.x*DATABASE_BINARY_D3PLOT$dtx.x*DATABASE_EXTENT_BINARY$neiphneipsmaxintstrflgsigflgepsflgrltflgengflg00010000$cmpflgieverpbeamipdcompshgestsszn3thdt0000000$-------------------------------------------------------------------------------第三十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二$------------------------------------------------------------------------------$Createtheoutputfile"dynain",includingpart#1only.Addthree$nodesforconstrainingrigidbodymotionduringspringback.Code7=xyz,$code5=yz,andcode3=z-directionconstrained.$*INTERFACE_SPRINGBACK_DYNA3D$psid6$nidcodexxx7xxx5xxx3$*SET_PART_LIST61$------------------------------------------------------------------------------第三十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二*CONTROL_IMPLICIT_GENERAL$imflagdt0iefs00.001*CONTROL_IMPLICIT_NONLINEAR$nlsolvrilimitmaxrefdctolectolrctollstol0050.0020.0000$dnormdivflaginistif000*CONTROL_IMPLICIT_LINEAR$lsolvrprntflgnegeig000*CONTROL_IMPLICIT_AUTO$iautoiteoptitewindtmindtmax1001.0e-40*CONTROL_IMPLICIT_STABILIZATION$iasscaletstarttend10.000第三十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二$-------------------------------------------------------------------------------$entermaterialpropertiesinparenthesis(xx)$sheet*MAT_TRANSVERSELY_ANISOTROPIC_ELASTIC_PLASTIC1(rho)(young's)(pr)(sigy)0.0000000(r)1$*DEFINE_CURVE1$entermaterialstressvsPLASTICstrainx.xx.xx.xx.x$die*MAT_RIGID2(rho)(young's)(pr)1.00000007.00000007.00000000.00000000.00000000.00000000.00000000.00000000.00000000.00000000.0000000$第四十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二$enterinitialsheetthickness$*SECTION_SHELL$SECIDELFORMSHRFNIPPROPTQR/IRIDICOMP1160.00000007.00000000.00000000.00000000(thick)(thick)(thick)(thick)$*SECTION_SHELL$SECIDELFORMSHRFNIPPROPTQR/IRIDICOMP220.00000001.00000000.00000000.000000001.00000001.00000001.00000001.00000000.0000000第四十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二$-------------------------------------------------------------------------------$*PARTsheet$PIDSIDMIDEOSIDHGIDGRAVADPOPTTMID11100010*PARTdie$PIDSIDMIDEOSIDHGIDGRAVADPOPTTMID22200000$第四十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二$punchdisplacement*BOUNDARY_PRESCRIBED_MOTION_RIGID$piddirvadlcidscale33221.00*DEFINE_CURVE2$timepunchdispx.xx.xx.xx.x$-------------------------------------------------------------------------------$binderload*LOAD_RIGID_BODY$piddirlcidscale4331.00*DEFINE_CURVE3$timebinderloadx.xx.xx.xx.x第四十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二$enterfrictioncoefficient"fs"foreachcontactinterface:$$sheetvsdie$*CONTACT_FORMING_ONE_WAY_SURFACE_TO_SURFACE$ssidmsidsstypmstypsboxidmboxidsprmpr12330000$fsfddcvcvdcpenchkbtdtx.x0.00.00.020.000.00.0$sfssfmsstmstsfstsfmtfsfvsf0.00.00.00.00.00.00.00.0$$sheetvspunch…$$sheetvsbinder…$第四十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二$------------DRAWBEADLINE1--------*CONTACT_DRAWBEAD$PROPNAMEBEADPRO15$SSIDMSIDSSTYPMSTYPSBOXIDMBOXIDSPRMPR1142100$FSFDDCVCVDCPENCHKBTDT0.100E+000.000E+000.000E+000.000E+000.200E+020.000E+000.100E+21$SFSSFMSSTMSTSFSTSFMTFSFVSF0.100E+010.100E+01$LCIDRFLCIDNFDBDTHDFSCLNUMINT1200.600E+010.250E+01*DEFINE_BOX$BOXSIZE200.00010.390E+030.791E+03-.725E+030.200E+030.989E+030.142E+04*CONSTRAINED_EXTRA_NODES_SET$PIDNSID61*SET_NODE_LIST…第四十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二*NODE$$enterorincludenodedata$$*ELEMENT_SHELL$$enterorincludeelementdata$usepartnumbering:1=sheet,2=die,3=punch,4=binder$*END第四十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二DYNAFORM常見的問題及處理辦法第四十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二1.怎樣實現(xiàn)多工序分析?兩種方法:a)一個文件中定義所有PART，定義邊界條件和工藝條件。同時定義不同接觸界面的生、死時間。(卡片*CONTACT_xxxxx,)。這種方法使得輸入文件相當復雜，容易出錯。建議有相當經驗的用戶可以使用。b)通過LSDYNA生成“dynain”文件的功能實現(xiàn)。這個文件包括板料前一個工序結束時所有的重要信息，包括厚度變化、應力分布、網格形態(tài)等。此時，輸入文件中可將前一個工序的PART直接INCLUDE到文件中，容易操作。易于使用，避免出錯。第四十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二2.做回彈分析時，求解不收斂，怎么辦?以下幾個方法用于提高收斂性a)采用更多個載荷部。由*CONTROL_IMPLICIT_GENERAL關鍵字的NSTEPSB參數(shù)給定。b)調整*CONTROL_IMPLICIT_STABILIZATION的參數(shù)SCALE。如果第一個載荷步即不收斂，選擇較大的數(shù)值;如果接近結束時不收斂，選擇較小的數(shù)值。如果還不收斂，增加載荷步。c)調整*CONTROL_IMPLICIT_NONLINEAR關鍵字的LSTOL參數(shù)。多數(shù)情況，選擇較小的數(shù)。第四十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二d)改變*CONTROL_IMPLICIT_LINEAR關鍵字的LSOLVER。不同的求解器具有不同的收斂行為。e)改變約束條件。事實證明不同的約束影響收斂速度。可能需要盡量減少總位移。f)如果求解因為出現(xiàn)負的特征值，CONTROL_IMPLICIT_LINEAR中的NEGEIG給為缺省值.g)檢查網格形態(tài)，是否存在切邊過程產生過度差的單元。如果存在，修改單元。h)檢查是否存在過分細長單元，應用表明這樣的單元往往導致收斂出現(xiàn)問題。第五十頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二3.當用seamlessmethod做forming和springback分析時，得不到收斂的解.而且不希望再做一次成形，怎樣利用前面的結果只做回彈分析？兩種方法:d3dumpXX生成‘dynain’文件,然后寫一個小的輸入文件，包括此dynain文件.，同時文件中應包含適合的約束條件，然后進行回彈的求解。下面介紹由d3dumpXX生成dynain：寫一個輸入文件"restart.k"，包括*INTERFACE_SPRINGBACK_DYNA3D關鍵字執(zhí)行求解器，ls950I=restart.kr=d3dumpxxmemory=???b)寫一個輸入文件，包含要修改的控制卡片，用上面的格式求解：ls950I=restart.kr=d3dumpxxmemory=???第五十一頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二4.當按問題3的第二種方法做回彈分析時,但求解時程序退出，message文件說計算正常結束。這是什么原因？當從dump重啟動進行回彈分析時,如果在拉延分析過程中使用自適應網格，程序啟動后首先尋找一在拉延分析中自適應文件，如果adaptive設置時其DEATH時間小于termination時間,將不會生成此文件,回彈分析也不能進行?？刹捎萌缦聝煞N方法，避免這個問題:a)在adaptive設置時使用缺省的時間設置。缺省的death是個非常大的數(shù)值，大于拉延時間。b)由d3dumpxx生成dynain文件,由這個文件用問題3第一個方法進行回彈分析。第五十二頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二5.在LSDYNA中有許多接觸類型供用戶選擇。在板成形分析中常使用那種類型?在沖壓仿真中，常用的接觸是專用于板成形的FORMING類接觸,。在這種接觸里，模具的厚度不考慮，同時，降低對模具網格的連續(xù)性要求。通常用如下兩種類型：a)*CONTACT_FORMING_ONE_WAY_SURFACE_TO_SURFACE,通常使用這種類型。b)*CONTACT_FORMING_SURFACE_TO_SURFACE.要用更多的時間。當使用前種方式時，如果模具的網格比板料的網格還要密，則往往出現(xiàn)較大的接觸穿透，此時，可使用這種接觸類型。第五十三頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二6.當做拉延分析時，出現(xiàn)很明顯的接觸穿透，如何控制？可嘗試以下幾種方式：增大*CONTROL_CONTACT關鍵字中的SLSFAC參數(shù)，此參數(shù)通常范圍在0.1and0.01之間。數(shù)值由于穩(wěn)定性原因，一般不超過0.1。b)選擇其它的接觸類型。如果模具的網格比板料網格密，使用CONTACT_FORMING_SURFACE_TO_SURFACE。c)使用constraint接觸類型。FORMING_ONE_WAY_SURFACE_TO_SURFACE,增加OptionialCardA，其參數(shù)SOFT=4即可。第五十四頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二7.當使用constrain類型的接觸時，網格產生畸變或程序崩潰，如何處理?當使用這種接觸類型時，在板料與模具的接觸界面沒有阻尼，所以應采用一些措施如*DAMPING_GLOBAL消除高頻震蕩，應用表明，效果較好。這類接觸有一個限制，即板料兩面中只能有一面定義。另一面要采用罰函數(shù)接觸算法。第五十五頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二8.在LSDYNA中有許多殼單元的算法，在板成形分析中那些適合?如果只是進行拉延分析，選擇BT(element#2)很快，結果可以接受。如果拉延之后要進行回彈分析，選擇全積分單元(element#16)。好處是可獲得較好的回彈結果及收斂效果；缺點是時間長。

第五十六頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二其它相關問題1.

在FEMB27（DYNAFORM）中，所有要求輸入文件名的操作，都可以在提示區(qū)使用Unix的ls,pwd,cd等功能列表當前路徑文件、查看當前路徑、改變當前路徑。當改變當前路徑后，以后的操作都在此路徑中進行，即已不是啟動FEMB的工作目錄。

2.

FEMB（DYNAFORM）中Part的概念來源于求解器ls-dyna。其定義為材料類型和單元類型一致的單元組合。由此可知，實體單元與殼單元不能在一個同Part中共存。

3.從空數(shù)據(jù)庫開始作業(yè)，必須首先創(chuàng)建Part，F(xiàn)EMB（DYNAFORM）將新創(chuàng)建的Part置為當前Part；若無特殊提示，新生的幾何模型（點、線、面）和有限元模型（節(jié)點、單元）都歸屬為當前Part。因此在創(chuàng)建各種模型前要檢查當前Part是否為所需要Part，否則，可由3DMOUDULE的Part菜單中的ChangeCurrentPart改變當前Part。

第五十七頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二4.

在FEMB（DYNAFORM）中，所有的曲線包括應力應變曲線都稱為LoadCurve，應力-應變曲線在定義Part的材料性質時輸入。除材料應力-應變曲線，其他曲線都定義參量依時間變化，即曲線的橫坐標為時間。曲線可以在提示區(qū)輸入，也可以生成固定格式的文件，然后讀入到數(shù)據(jù)庫中。當然，也可以將輸入的曲線寫出文件到當前路徑中。

5.一般地，工作站不連接打印機，因此要生成圖形文件然后傳到微機上打印。FEMB中的打印功能的使用如下：在SETUP中選擇HARDCOPYDEFAULT/PRINTERNAME菜單，選擇printtofile/GIF格式，然后由3D模塊的PRINT打印，給定文件名后，即可生成圖形區(qū)的GIF文件，在微機WINDOWS98的畫筆中可以編輯及打印。第五十八頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二6.

建議在寫出ls-dyna求解的關鍵字文件前由MODELCHECK和NODEOPTION菜單檢查模型，避免重疊單元、重節(jié)點、自由節(jié)點、不連續(xù)網格的存在。

7.Ls-dyna中的殼單元缺省為Belyschok_tsay,此單元計算速度快，在DYNAFORM中缺省為沿厚度3個積分點。當進行板成形或汽車碰撞分析時，板殼的翹曲過大后應增加積分點到5、7。8.在DYNAFORM后處理菜單中，拾取3D模塊的save可保存任一時步的變形網格，以Nastran文件格式保存。

9.在進行板成形分析的過程中，拉延筋的模擬不要用幾何曲面構造，應在DRAWBEAD菜單中生成拉延筋。用幾何曲面構造拉延筋往往導致計算不穩(wěn)定。

第五十九頁，共六十五頁，編輯于2023年，星期二10.在應用DYNAFORM進行多工序或回彈分析時，若計算由于negativearea而終止，可將讀入的dynain和nikin的網格可進行局部的輕微修改。

11.在DYNAFORM中，由凸模（或凹模）單元法向偏移生成凹模（或凸模）時兩者的thickness應是實際模具間隙，一般為板料的1.2-1.4倍。

12.在DYNAFORM中，凸模的行程應是由DEFINETOOL/AUTOPOSITION將所有模具部件自動定位后，由DEFINETOOL/MINIMUMDIST.測量得到