成型计算机模拟(各种仿真软件)讲义.ppt

重庆工学院 材料科学与工程学院 材料工程系;CAD/CAE在材料加工应用广泛;;板料成形分析;;;第一章绪论;绪论;现代成形加工与模具正朝着高效率、高速度、高精度、高性能、低成本、节省资源等方向发展，因此传统的设计方式已远远无法满足要求。20 多年来，随着计算机技术和数值仿真技 术的发展，出现了计算机辅助工程分析(Computer Aided Engineering)这一新兴的技术，该技术在成形加工和模具行业中的应用，即模具CAE。模具CAE 是广义模具CAD/CAM 中的一个主要内容，现已在实际中体现出了越来越重要的作用，也得到越来越广泛的应用。;CAE 所涉及的内容非常丰富，泛指运用科学的方法、以计算机软件的形式，为工程领域提供一种有效 的辅助工具，帮助工程技术人员对产品、加工工艺、工模具、以及制造成本等进行反复的评估、修改和优 化，直到获得最佳的结果。但由于所开发CAE 软件的种类、功能都较有限，系列化与集成化都难以实现； 因此，CAE 应用还远未达到所定义范围。目前，模具CAE 的主要内容还仅仅是利用CAD 生成的模型进行 成形工艺过程的数值模拟，以获得成形工件内不同时刻任意位置的应力应变等多种场量的分布情况以及潜 在的问题等其它相关信息；并通过分析研究这些信息，以达到以下几个方面的主要目的： ;1、 对工件的可加工性能作出早期的判断，预先发现成形中可能产生的质量缺陷，并模拟各种工艺方案，以减少模具调试次数和时间，缩短模具开发时间； 2、 对模具进行强度刚度校核，择优选取模具材料，预测模具的破坏方式和模具的寿命，提高模具的可靠性，降低模具成本； ;3、 通过仿真进行优化设计，以获得最佳的工艺方案和工艺参数，增强工艺的稳定性、降低材料消耗、提高生产效率和产品的质量； 4、 查找工件质量缺陷或问题产生的原因，以寻求合理的解决方案。 ;成形过程数值模拟是模具CAE 中的基础，目前所采用的数值模拟方法主要有两种：有限元法和有限差分法；一般在空间上采用有限元方法，而当涉及到时间时，则运用有限差分法。以下简要介绍有关数值模拟的基本内容和方法。 ;有限元法的基本概念;从物理的角度理??，即将一个连续的凹模截面分割成图7-1 所示的有限数量的小三角形单元，而单元之间只在节点处以铰链相连接，由单元组合成的结构近似代替原来的连续结构。如果能合理地求得各单元的力学特性，也就可以求出组合结构的力学特性。于是，该结构在一定的约束条件下，在给定的载荷作用，各节点的位移即可以求得，进而求出单元内的其它物理场量。这就是有限元方法直观的物理的解释。;;;从有限元法的解释可得，有限元法的实质就是将一个无限的连续体，理想化为有限个单元的组合体，使复杂问题简化为适合于数值解法的结构型问题；且在一定的条件下，问题简化后求得的近似解能够趋近于真实解。;;有限元法分析的基本过程;完成结构有限单元离散后，应对单元进行特性分析。分析中，选择节点位移为基本未知量；为了求得单元内的位移、应变和应力，就必需使单元内各点位移能够用节点位移表示，通常单元内位移分布难以精确描述；因此，为便于分析，一般假定位移是坐标的某种简单函数，这种函数称为位移模式或位移函数。 位移函数是否选择得当是有限元法分析中的关键。 ;通用有限元软件简介;作为世界最流行的大型通用结构有限元分析软件之一，MSC.NASTRAN 的分析功能覆盖了绝大多数工程应用领域，并为用户提供了方便的模块化功能选项。主要分析功能模块有：基本分析模块(含静力、模态、屈曲、热应力、流固耦合及数据库管理等)、动力学分析模块、热传导模块、非线性分析模块、设计灵敏度分析及优化模块、超单元分析模块、气动弹性分析模块、DMAP 用户开发工具模块及高级对称分析模块。;结构动力学分析是MSC.NASTRAN 的主要强项之一，其主要功能包括：正则模态及复特征值分析、频率及瞬态响应分析、(噪)声学分析、随机响应分析、响应及冲击谱分析、动力灵敏度分析等。 MSC.NASTRAN 有强大的非线性分析功能，包括：几何非线性分析、材料非线性分析、非线性边界(接触问题)分析，以及非线性瞬态分析。;;有限元软件ANSYS;分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力。 ;结构静力分析用来求解外载荷引起的位移、应力和力。静力分析很适合于求解惯性和阻尼对结构的影响并不显著的问题。ANSYS 程序中的静力分析不仅可以进行线性分析，而且也可以进行非线性分析，如塑性、蠕变、膨胀、大变形、大应变及接触分析。结构非线性导致结构或部件的响应随外载荷不成比例变 化。ANSYS 程序可求解静态和瞬态非线性问题，