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冲压成形仿真过程中有限元网格模型的建立 孙 杰 1, 袁国定 1, 陈 炜 1, 姜银方 1, 余 雷 1, 仲志刚 2

(1. 江苏大学 江苏镇江 212013; 2. 南京模具装备有限公司 江苏南京 210000 摘要 :网格模型对冲压成形模拟的精度和效率影响极大 , 文中阐述了有限元网格模型建立的方法 , 并从 单元尺寸 、 单元类型 、 自适应网格再划分技术等方面论述了如何解决精度与效率的问题 。

关键词 :冲压成形 ; 网格 ; 自适应网格划分

中图分类号 :T G38;O242. 21文献标识码 :B文章编号 :1001-2168(2003 06-0003-04

The Esta bl ishment of Finite G in Sta m p in g Formin

S HUN J ie 1, YUAN Guo-di n g 1, CHEN Wei 1, J G i a n 1, 1, ZHON G Zhi-g a n g 2 (J ia n g s u U ni ve rsit y , g , J , Chi na ;

2. Na n j i n g Die &E q ui p t n j i n g , J ia n g s u 210000, Chi na

Abstract :Grid model t he accurac y a nd efficie nc y of s t a m p i n g f or mi n g si mulation. es t n g fi nit e ele me nts g rid model was e x p atiat e d a nd t he i m 2 p r ove me nc y was discours e d i n t e r ms of t he ele me nt size , t he t yp es a nd t he s elf -ada p t a r tition t echnolo gy .

K e y words :s t a m p i n g f or mi n g ; g rid ; s elf-ada p t g rid p a r tition 1引 言

近年来随着计算机软件 、 硬件技术的迅猛发展 以及计算机技术 、 图形学与力学 、 工艺学的交叉和 结合 , 基于数值模拟的计算机辅助工程 CA E 技术 在冲压成形研究领域得到了广泛的应用 。 冲压成形 数值模拟技术在模拟零件的弯曲 、

拉伸 、 胀形 、 翻边 等成形工序时已经有相当高的精度 , 在指导冲压工 艺的制定以及工艺参数的优化方面发挥了很大的 作用 。 目前在工业界 , 冲压工艺设计除了依靠传统 的定性分析和物理模拟试验等手段外 , 采用数值模 拟研究冲压工艺设计问题已经愈来愈引起人们的 重视 。 对于冲压成形数值模拟 , 人们最关注的是计 算精度和计算效率 , 然而这二者相互矛盾 、 相互制 约 , 如何才能在保证计算精度的同时又有较高的计 算效率 , 建立高质量网格模型是一个非常关键的前 提 。 网格质量好不仅是指模拟精度高 , 而且还应该 是计算效率较高 。 本文从单元尺寸 、 单元类型 、 自适 应网格再划分等方面阐述了如何建立高质量的网格 模型 。

2单元尺寸的确定

就单元尺寸与计算精度和计算时间的关系而 言 , 一方面 , 单元尺寸越小 , 计算精度就越高 ; 另一方 面 , 单元尺寸越小 , 单元总数就越多 , 计算时间就越 长 。 综合以上两方面的因素 , 基于计算精度和计算 效率兼顾的考虑 , 在控制单元总数的前提下 , 应尽量 采用较小的单元尺寸 。

2. 1板料单元尺寸的确定

一般来说 , 较小的板料单元能够给出准确的几 何描述 , 使薄板完全成形以后对模具有理想的贴模 性 , 模拟的结果比较符合实际 , 然而这样做会增加板 料单元的数量 , 并且使时间步长减小 , 从而大大增加 成形模拟的计算时间 。 以圆筒件拉伸为例 , 由于是 对称件 , 取其中的 1/4, 见图 1, 模具单元尺寸不变 , 坯料单元尺寸分别采用 6mm ×6mm 、 3mm ×3mm 、 2mm ×2mm 。 通过计算结果 (见表 1 的比较 , 模型网 格采用较小的板料单元尺寸能够得到较高的成形模

模具 CAD /CAM

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作者简介 :孙 杰 (1971- , 男 , 安徽淮南人 , 硕士研究生 , 主要 从事基于数值模拟的冲压工艺研究 , 地址 :江苏大学 748信箱研 001班。电话 :013913433556,E-mail :sj 00111@163.co m

收稿日期 :2002-10-21 注 :实际最小厚度 0. 82mm 。

表 1板料单元尺寸对拉伸计算结果的影响 模型类型 模型 1 模型 2 3

板料单元尺寸 6mm ×6mm

×板料单元数 5053模型总单元数 6301最小厚度 0. 0. 86mm 0. 85mm 模拟时间 5min41s 18min26s 51min8s

表 3模具圆角处单元数量对计算结果的影响 单元数量 以 3个单元过渡 以 5个单元过渡 以 10个单元过渡

模拟时间 40min41s 51min8s 1h33min23s 最小厚度 0. 90mm 0. 85mm 0. 85mm