板料成形有限元模拟系统前处理模块中关键技术的研究.docVIP

板料成形有限元模拟系统前处理模块中的关键技术的研究 Du Ting，Zhang Zhibing， Liu Yuqi， Li Zhigang （华中科技大学国家重点塑性成形模具技术实验室，中国武汉 430074） 摘要：金属板料成形快速分析系统FASTAMP是一个具有完全独立版权商业的有限元模拟系统。前加工模块FASTAMP_PRE 几层了常用的CAD文件接口（IGES/VDA）和NASTRAN的网格文件接口，它兼容绝大部分流行的CAD系统；它内部快速表面网格化可以网格化绝大部分复杂的表面模型；点线面元编辑的作用可以用于修复常用的表面和有限元模型缺陷；人性化的界面和简单的操作系统使其已易于应用于工程应用上 前加工模块作为一个在商业化有限元模拟系统的关键技术上是非常重要的。许多应用程序表明FASTAMP系统可以完全满足板料成形模拟的有限元模型的建立要求并且最后达到商业水平 关键词：板料成形；FASTAMP；预处理；有限元网格；面编辑 0 介绍 金属板料成形被广泛的应用于航空航天领域，汽车，家用电器行业。特别是汽车行业50-70%的汽车产品的重量由冲压件构成。传统的成型工艺分析和模具设计与制造主要取决于工程师的经验。物料流的成形数据和应力应变分布数据主要由实际经验获得。由于现场的影响因素，传统的设计工艺无法满足行业的发展需求。然而板料的成形数据模拟系统的出现改变了上述的问题。最近数据模拟技术已经作为一项关键的技术被广泛的应用于新发展的汽车行业。许多商业化的系统发布并且应用于实际的行业，比如Autoform，Dynaform和Pam_stamp等 板料成形快速分析系统——FASTAMP通过华中科技大学的国家重点塑性成形模具技术实验室得到了充分的发展。此系统集合了解算器基于逆算法和有限元增量算法的发展，他的仿真速度和精度都大大高于传统的分析系统。FASTAMP系统可以完成对空白文档估计的分析任务，比如加工工艺参数的优化和成形过程的仿真都可以在此系统中得以实现。 作为FASTAMP系统的前加工模块，主要模拟数据的准备可以通过FASTAMP_PRE模块实现，它可以进一步分为五个子模块如输入输出函数，图形显示，网格的操作和生成，约束的修复和定义，工具的组装。前加工模块的完成集成了一般的CAD翻译，先进的表面网格化和表面有限元修复。人性化的界面和简单的操作方式提高了模块的实用性和适用性，这些在一些工程实例上都得到了证实。 1 FASTAMP_PRE模块的结构设计 前加工模块的函数限制了有限元模拟分析模型的建立和完成数据输入和处理的任务。完成的前加工模块可以完成以下功能：接收常用的CAD交换文件和有限元文件；编辑和修复复杂的表面模型；网格化具有高质量的几何模型；一般的网格修复；建立与工艺参数和边界条件等效的模型，比如夹持力和拉延筋等。 前加工模块发展是最为困难的，因为它在有限元分析系统三个子模块里它是最多。基于动态链接库的概念采用系统可维护性和可扩展性的系统设计工艺。大多数子模块作为动态链接库被设计出来，主要模块仅仅支持主机和数据结构。 三个子模块组成了下文将介绍的FASTAMP_PRE模块。 1.1CAD翻译模块 有限元模拟系统一定要可以输入/输出几何模型数据和根据不同的系统改变数据。IGES/VDA兼容接口的表面数据和NASTRAN网格数据必须可以支持FASTAMP_PRE这个模块这样才能保证模型数据的可用性。 一个独立的动态数据库设计出来可以完成模型数据的改变和翻译，因为以前的模型数据格式太为复杂。 1.2图形显示模块 这个模块主要支持一个统一的接口通过封装独立的图形函数作为一个整个系统的一个基本平台，用于增强系统的可扩展性和可维护性。 1.3接口控制模块 人性化的用户界面是系统成功应用的一个关键因素。典型的窗口风格采用的是图标工具栏，动态菜单，函数对话框来实现真正的人性化用户界面。常用的控制和对话框从主要模块中分离出来通过设计独立的动态链接库来简化主要模块的结构。很容易可以看出来考虑到可维护性和可扩展性这个设计会有多语言版本。 1.4主程序模块 他极大的抑制了主程序在发展和降低复杂程度上的难度，这样子程序才可以被优先分离出来。具体来说就是子程序数据之间的沟通和协调是通过主程序来实现的，子程序只有特定载体功能的主机。 由于整个系统的可维护性和可扩展性，函数模块的分离概念是采用将其分为一个复杂而更独立的系统和一个小的子系统。除了主模块以外的所有子模块都将作为一个动态链接库被设计出来，因为分离调试和集中运行测试是一个易于重用的节约发展成本的新计划。 FASTAMP_PRE模块易于操作而且采用人性化的用户界面设计带有工具栏图标和中文菜单的全中文窗口模式。大多数的运算操作可以通过函数对话框来实现，用户可以用鼠标和极少部分的参数输入来快速地建