CN101546349A - 一种基于曲面边缘线或截面线网格映射的回弹补偿面生成方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种基于曲面边缘线或截面线网格映射的回弹补偿面生成方法。该方法首先选取零件几何模型中各面的边缘线，对比较大的面可在面中间选取一些截面线，把这些线段离散，转化为一些小段；然后，把几何模型与网格模型的位置对上后，求出各线段与网格的交点位置；其次，根据回弹补偿网格与补偿前的网格有一一对应关系，求出回弹网格上各边缘线上节点的位置。最后，把这些节点拟合为边缘线。通过这些边缘线段，能够建立回弹补偿型面，减少生成回弹补偿型面的时间。

Description

一种基于曲面边缘线或截面线网格映射的回弹补偿面生成方法

技术领域

本发明涉及一套薄板冲压成型领域。具体为一种基于曲面边缘线或截面线网格映射的回弹补偿面生成方法。

背景技术

汽车车身上主要是薄板冲压件。为了提高车身的安全性，减少车身重量，在汽车车身零件上采用越来越多高强度钢，而高强度钢的冲压回弹问题特别突出。所谓回弹，是指零件从冲压模具退出时，冲压件中弹性应力的释放，造成零件的变形。回弹后的零件与模具的几何型面不再吻合，如果按照零件几何模型加工型面，回弹导致冲压后零件的尺寸精度达不到设计尺寸要求。

为了克服回弹问题，需要准确知道各个部位的回弹量，在对应部位修改型面，这样使回弹后的零件刚好达到设计尺寸要求。有限元分析软件可以分析零件的回弹。首先通过对冲压过程进行仿真，然后，进行回弹仿真。由于回弹前后网格的节点和单元有对应关系，有各种方法可以得到回弹补偿网格。回弹补偿网格通常要有商业软件来生成几何型面，才能用于回弹补偿效果的验证和模具补偿型面的加工。

如何由回弹补偿型面的有限元网格准确的生成回弹补偿面几何模型，是本发明关注的问题。

本发明提出一种由有限元网格准确的生成回弹补偿面几何模型的新方法。本发明是一种基于曲面边缘线或截面线网格映射的回弹补偿面生成方法。该方法通过回弹前的网格、回弹前几何模型上的边缘线或截面线和回弹补偿面网格，生成回弹补偿型面模型。该方法提供了一种得到精确补偿型面的方法，在工业上有广泛的应用价值。

发明内容

本发明的原理如图1所示，在零件几何模型上，取出各条面的边缘线，如果该面内面积比较大，回弹比较复杂，可补充一些截面线。把边缘线或截面线等离散为较短长度的线段，这个长度可与回弹补偿网格的边长接近。由于回弹前的网格模型和回弹前的几何模型位置是重合的，通过坐标位置关系，可求出前面线段端点在网格模型中的所在位置。点在回弹前的几何位置如图2所示。图2中1a、2a、3a、4a是某个网格的节点，黑点为边缘线离散点之一，该点在单元坐标系ξ-η的位置可通过它的坐标和1a-4a的坐标来确定。

由于线段端点在网格中的相对位置是固定的，也就是一点在回弹前网格中的相对位置与该点在回弹补偿网格中的相对位置是一致的。通过回弹前的网格和回弹补偿后的网格的对应关系，可求出回弹补偿面上各点的位置。这些网格可以是有限元计算方法获取的网格，也可以是由其它方式获取的网格。对应图2中点在回弹补偿网格中的位置见图3所示。图3中回弹补偿面上点1b、2b、3b、4b是回弹前网格1a、2a、3a、4a的对应点，坐标是已经知道的。黑点的单元坐标(相对坐标)也是已知的，通过一些数学关系式，也可求出黑点的整体坐标位置。

以上就是所谓的网格映射原理，通过一点在回弹前网格上的位置，计算出该点在回弹补偿网格上的位置。该原理的数学表达式如下：

仿真中一般采用的壳单元，壳单元面上各点满足下面的参数关系

$N_i=\frac{1}{4}(1+{\mathrm{\ξ}}_i\mathrm{\ξ})(1+{\mathrm{\η}}_i\mathrm{\η}),i=\mathrm{1,2,3,4}---\left(1\right)$

$x=\underset{1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{N}_i(\mathrm{\ξ},\mathrm{\η})x_i---\left(2\right)$

$y=\underset{1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{N}_i(\mathrm{\ξ},\mathrm{\η})y_i---\left(3\right)$

$z=\underset{1}{\overset{4}{\mathrm{\Σ}}}{N}_i(\mathrm{\ξ},\mathrm{\η})z_i---\left(4\right)$

如果知道单元内1点坐标(x_A，y_A，z_A)，就可求出参数(ζ_A，η_A)。同样，如果知道参数(ζ_A，η_A)，就可求出某点的坐标(x_A，y_A，z_A)，。对任意1个壳单元，如图3所示，通过节点1～4建立参数化的单元坐标系。

本发明采用上面数学关系式，先根据在回弹前网格上的位置求出其参数坐标，然后，根据该点的参数坐标，计算出该点在回弹补偿网格中的具体位置。

这样，对每一条边缘线或截面线上的离散点，都可以找到这些点在回弹补偿网格上的位置，也就是对应点。根据每一条线的对应点，拟合成回弹补偿面上的边缘线或截面线。通过这些边缘线或截面线，就可快速准确的确定出回弹补偿型面。

具体步骤：1、抽取出回弹前几何模型的边缘线和截面线，把这些线进行编号。2、把步骤1中的线离散，得到一系列的点，把这些点进行编号，这些点是属于那一条线的。3、找出这些点在回弹前网格上的具体网格以及在网格中的相对位置。4、根据网格映射关系，找出这些点在回弹补偿网格上的具体位置。5、根据这些点的坐标和编号，重新生成曲线。6、通过这些曲线，生成回弹补偿面几何模型。

通过开发程序实现该方法，可以大大减少回弹补偿面几何模型的建模时间。该算法的使用，对减少模具开发周期和成本有重要意义。

附图说明

图1本发明实施原理图

图2本发明中某点在回弹前网格中的相对位置

图3本发明中某点在回弹补偿网格中的相对位置

图4本发明实施算例中回弹前后网格和回弹补偿网格

图5本发明实施算例中回弹前的几何模型以及边缘线和与模型的交点

图6本发明实施算例中回弹前边缘线的离散

图7本发明实施算例中回弹补偿面上的各点。

图8本发明实施算例中得到的回弹后边缘线的位置

图9本发明仿真验证中得到的回弹补偿面几何模型

具体实施方式

零件的几何模型由多个曲面构成，每个曲面的数学模型由面参数、边缘线参数组成，这些数学模型一般采用IGES格式的文件输出。通过读取IGES格式文件，可得到每个面、面上的边缘线。可以把这些曲面、曲线编号。

对每条曲线，根据其长度或曲率等关系，划分为一些小线段，也就是把一条线转化为一些点。每个点的编号为：面号、曲线号、点号。

有限元分析模型是根据零件几何模型建立的。回弹前的网格和零件的几何模型在空间位置上是相同的。下面是每个点找到它在回弹前对应网格的方法：首先，确定出每个网格的中心坐标；通过点与网格中心点的关系，找出离该点最近的网格。然后，把该点投影到网格坐标上，求出该点在回弹前网格中的相对坐标参数。

根据各点在回弹前网格中的相对坐标参数，求出各点在回弹补偿网格中的坐标。

对相应的点，通过由数据点生成曲线的数据拟合方法，得到各条曲线方程的参数。该过程除了开发程序实现外。也可采用几何建模软件，如UG、CATIER等软件把这些点直接拟合为曲线。

通过这些边缘曲线，可以建立回弹补偿型面。几何建模软件具有详细的由曲线建面的功能。通过开发程序也可能建立回弹补偿型面。

方法的验证

通过下面一个例子介绍了该发明的应用原理及其验证。图4是回弹前网格1、回弹后网格2和回弹补偿网格3，这些网格之间单元和节点都有对应关系。

图5是回弹前几何模型的数学模型，从该模型中可看出面和边缘线。把这些边缘线可以离散为一些数据点，如图6所示。

通过本发明提供方法，求出回弹补偿面上数据点如图7所示。

根据这些数据点，建立的曲线如图8所示。

根据这些曲线，建立的回弹补偿面几何模型如图9所示。其中图9(a)是回弹补偿面几何模型，图9(b)是回弹几何模型与回弹补偿面网格的对应关系。从图9(b)可看出，建立的回弹补偿面几何模型与回弹面网格对应非常准确。

Claims (5)

1、一种基于曲面边缘线或截面线网格映射的回弹补偿面生成方法，其特征在于：该方法为通过回弹前几何模型上的边缘线或截面线，求出回弹补偿后几何型面上的边缘线或截面线，通过这些边缘线或截面线，求出回弹补偿型面。

2、根据权利要求1所述的一种基于曲面边缘线或截面线网格映射的回弹补偿面生成方法，其特征在于：本方法为把选取的回弹前几何型面上的截面线或边缘线，离散为短间距的点。

3、根据权利要求1所述的一种基于曲面边缘线或截面线网格映射的回弹补偿面生成方法，其特征在于：本方法为通过回弹前儿何模型与回弹前网格模型的几何位置关系，求出各点在回弹前对应网格中的位置，这些网格可以是有限元计算方法获取的网格，也可以是由其它方式获取的网格。

4、根据权利要求1所述的一种基于曲面边缘线或截面线网格映射的回弹补偿面生成方法，其特征在于：本方法通过回弹前网格模型和回弹后网格模型的关系，求出回弹各边缘节点在回弹补偿面上对应网格中的位置。

5、根据权利要求1所述的一种基于曲面边缘线或截面线网格映射的回弹补偿面生成方法，其特征在于：本方法通过回弹补偿面上各边缘节点，生成边缘线，这些边缘线用软件或程序方法，都可生成回弹补偿型面。

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