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实用标准文案 精彩文档 汽车覆盖件数值模拟 作者：陈蔚 指导教师：徐虹 汽车覆盖件数值模拟 摘要 基于改进的有限元逆算法和动力显示算法开发的面向覆盖件设计和模具工艺设计的快速辅助工艺分析软件FASTAMP。该软件计算精度高，计算速度快，适合于分析覆盖件设计过程中可能出现的各种潜在缺陷，优化冲压工艺和模具设计，改变了传统的工艺和设计过程中，主要依靠简单的解析理论，依靠经验和类比的设计方法，可大幅提高覆盖件与模具设计制造的速率，降低生产成本，缩短开发周期，提高产品质量。 1，前言 金属板料成形具有效率高、性能好、加工成本低、材料利用率高的特点，广泛运用于汽车、航天、造船和家电等工业生产领域，特别是在汽车工业中。汽车工业是国民经济的支柱产业，汽车覆盖件是汽车产品最重要的组成部分之一，它包括车身和底盘所有用板料冲压而成的冲压件，在制造费用上，汽车覆盖件则占整个汽车制造费用的70%以上。大型汽车覆盖件的冲压技术是汽车（尤其是轿车）制造业的核心技术之一，一直是制约我国汽车制造业发展的瓶颈环节，虽然改革开放以来，我国已能生产奥迪、捷达、大众、富康等轿车，但这些轿车的覆盖件生产模具和冲压生产关键技术几乎全部都是依靠外国进口。即使是我国自主开发的车型，特别是轻型车，大部分覆盖件模具和冲压生产技术也是进口的。因此研究汽车覆盖件成形问题是非常有必要的，具有广泛的应用价值和市场潜力。 汽车覆盖件冲压产品的最终成形，往往需要经过多道工序，由此必然导致零件的材料性能、厚度分布、残余应力等信息带有了许多不可预知性，这样就对当前工序的成型控制和模具优化设计带来很大困难。不但延长了产品研制周期，增加了生产成本，而且常常造成模具的报废，浪费大量人力和资金。同时由于汽车工业的发展和产量的提高，迫使各生产厂商大量采用多工序成形技术，以满足流水线生产作业的技术需要。这样，多工序生产所带来的技术问题日益突出，因此研发覆盖件全工序成形模拟系统显得日趋重要。 经过多年理论研究与软件开发，华中科技大学模具技术实验室在板料成形模拟的动力显示算法和有限元逆算法方面取得成果，开发出了板料成形快速仿真软件FASTAMP。其改进的逆算法模块综合考虑了摩擦、压边力、拉伸筋等工艺参数对冲压成形的影响；可以快速、精确的模拟零件或冲压件的毛皮尺寸以及工艺冲孔、工艺切口的尺寸和位置，是面向产品设计和模具工艺设计的辅助分析工具；其动力显示算法可以模拟覆盖件成形过程中的起皱，破裂以及成形后的回弹现象，通过成形极限图（FLD）和起皱极限图（WLD）进行工艺性分析，是面向模具工艺设计的校核工具。 1汽车覆盖件成型模拟的发展概况 板料成形数值模拟始于60年代。这些早期研究采用的不是有限元法，而是有限差分法，所分析的问题都是像园板液压胀形、半球形冲头或平地冲头下的胀形和拉延成形这样较简单的问题。从数值模拟的角度来看，这三个问题分别代表了模拟的不同难度。液压胀形不包含模具问题，只是通常的大变形塑性力学问题；对于冲头胀形必须考虑冲头与板材之间的接触摩擦，并且接触是随冲头的行程变化；对于拉延成形还得考虑板材在凹模与压边圈之间的滑动。 采用有限元法的板料成形数值模拟始于70年代。采用弹塑性增量理论研究了园板液压胀形问题，也采用该模型研究了半球形冲头和平底冲头下的胀形和拉延问题，但对于其接触和摩擦的考虑过于粗糙，在其研究中，假设接触是粘着性的，即只要板材与模具接触之后即粘着与模具之上。 美国三大汽车公司从20世纪80年代就开始普遍应用CAE技术来进行车身的开发和制造。福特公司针对车身覆盖件的特点，经过长期研究于1981年完成汽车覆盖件的行李箱盖冲压成形CAE仿真，接着又完成轿车前翼子板冲压成形CAE仿真，在薄板成形数值仿真研究基础上，开创了汽车覆盖件冲压成形仿真分析应用领域研究。 随着计算机科技的飞速发展和有限元方法的成熟，在汽车工业应用需求的推动下，板材成形过程的计算机仿真迎来了蓬勃的发展时期。汽车覆盖件冲压成形仿真已经成为相当成熟的工业应用技术，人们不但能够利用CAE技术仿真复杂的三维汽车覆盖件的成形，而且能够利用仿真结果指导实际生产。 我国在板料成形数值模拟方面起步较晚，但正在迎头赶上，从20世纪80年代开始有学者在板料成形数值模拟方面做了一些工作。经过多年的发展，我国在板料成形数值模拟方面取得了很大进展，但主要集中在部分高校里。北京航空航天大学的熊火轮采用ADINA程序，模拟了宽板拉延、液压胀形及汽车暖风罩的成形过程。华中理工大学的董湘怀采用薄膜三角形单元，建立了用于板材成形分析的有限元模型，用“弹性边界层”的方法处理接触边界，并用独立开发的弹塑性有限源程序对盒形零件和