CN103106099B - 一种针对于厚板的仿真方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及仿真技术领域，公开了一种针对于厚板的仿真方法包括：激活冲压仿真软件中的幂指数塑性材料模型；对冲压仿真软件中的压型工具和坯料进行网格划分；从网格中拉伸出实体单元或厚壳单元，并确定单元的层数；将幂指数塑性材料模型添加到实体单元或者厚壳单元中；在冲压仿真软件中设置厚板仿真参数；计算得到仿真结果。本发明基于适用于厚板仿真的幂指数塑性材料模型和实体单元或厚壳单元，并设置厚板仿真参数，计算得到厚板的仿真结果；这区别于薄板的壳单元仿真，从而提高了铁路货车的厚板冲压成型仿真的准确性。本发明结构合理、效果显著、实用性强。

Description

一种针对于厚板的仿真方法
技术领域
本发明涉及仿真方法技术领域，主要适用于针对于厚板的仿真方法。
背景技术
铁路货车大部分复杂的成型件的板厚均在4mm以上，而且铁路货车厚板零件结构主要以弯曲、翻边、拉深等为主，过去铁路货车的冲压成型仿真主要运用壳单元进行成型仿真分析。壳单元虽然在汽车行业被广泛运用，而且技术研究也比较深入。但是壳单元仅仅在薄板分析中能得到准确的结果，在对厚板进行成型仿真分析时还得不到合理的仿真分析结果。由于冲压仿真分析软件在铁路货车行业引进比较晚，因此目前还没有通过相关的拉伸试验得到仿真分析所需要的材料成形性能参数，一般采用材料库里面相似的材料参数。另外，在对铁路货车的厚板材料进行仿真分析时，采用与汽车行业相同的材料模型、单元划分形式、屈服准则、硬化曲线等。由于铁路货车行业的材料属性与汽车行业的材料相差很大，简单的修改汽车行业的材料库，并且借用相似的材料模型以及仿真参数，得到的仿真分析结果与实际结果相差很大。
综上所述，通过现有的应用于薄板的冲压仿真技术对厚板进行仿真分析，得到的仿真分析结果并不准确。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种针对于厚板的仿真方法，它提高了厚板的仿真精度。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种针对于厚板的仿真方法包括：
激活冲压仿真软件中的幂指数塑性材料模型；
对所述冲压仿真软件中的压型工具和坯料进行网格划分；
从所述网格中拉伸出实体单元或厚壳单元，并确定所述单元的层数；
将所述幂指数塑性材料模型添加到所述实体单元或者所述厚壳单元中；
在冲压仿真软件中设置厚板仿真参数；
计算得到仿真结果。
进一步地，在所述从网格中拉伸出实体单元或厚壳单元之前，对被划分的网格进行检查评估；具体方法为：
将所述被划分的网格的网格参数与预先设定的网格检查参数进行比对；
若被划分的网格的网格参数符合所述预先设定的网格检查参数的要求，则说明网格划分正确；再从网格中拉伸出所述实体单元或所述厚壳单元；
若被划分的网格的网格参数不符合预先设定的网格检查参数的要求，则说明网格划分的不正确，需要对网格重新划分。
进一步地，所述激活冲压仿真软件中的幂指数塑性材料模型包括：先通过拉伸试验获取不同材料对应的厚板的应力应变曲线、硬化指数、硬化系数、厚向异性系数；再将各材料对应的所述应力应变曲线、所述硬化指数、所述硬化系数及所述厚向异性系数分别输入所述幂指数塑性材料模型，不同材料对应的幂指数塑性材料模型被激活；再根据被激活的幂指数塑性材料模型建立材料模型库。
进一步地，所述对冲压仿真软件中的压型工具和坯料进行网格划分包括：
通过网格划分软件对所述冲压仿真软件中的压型工具和坯料进行网格划分；在对坯料网格进行划分时，若所述压型工具与所述坯料对应的面为圆弧，则在坯料上形成的圆弧区域至少保证划分6个网格的密度。
进一步地，所述确定单元的层数包括：根据厚板的厚度确定出所述实体单元或所述厚板单元的层数。
进一步地，在所述计算得到仿真结果之后，对所述得到的仿真结果进行评估，并确定零件的可成形性；具体方法为：
先在标准试验模具的基础上，提高拉延筋的强度，得到非标试验模具；通过所述非标试验模具得到厚板的FLC曲线和/或FLSD曲线；
将由仿真结果得到的成形极限图与通过非标试验模具得到厚板的FLC曲线和/或FLSD曲线进行比对；若比对结果显示所述成形极限图中的各点均处于所述FLC曲线和/或所述FLSD曲线的下方，则说明得到的仿真结果可用，表明厚板零件结构合理，能够进行生产；否则说明得到的仿真结果不可用，表明厚板零件结构不合理，需要修改产品结构。
进一步地，在所述计算得到仿真结果之后，可以通过等效应力和等效应变的方法对所述得到的仿真结果进行评估，并确定零件的可成形性；具体方法为：
先在所述冲压仿真软件中调用等效应力以及等效应变插件，得到仿真结果对应的等效应变与等效应力；再将得到的等效应力与等效应变与单向拉伸条件下获取的等效应力和等效应变进行对比；若得到的等效应变与等效应力均低于在单向拉伸条件下获取的等效应力和等效应变，则说明得到的仿真结果可用，表明厚板零件结构合理，能够进行生产；否则说明得到的仿真结果不可用，表明厚板零件结构不合理，需要修改产品结构。
进一步地，所述厚板仿真参数包括：实体单元或厚壳单元中的计算公式、坯料与压型工具的接触类型、坯料与压型工具的接触参数、冲压设备的冲压速度、冲压设备的压边速度及压边力类型。
进一步地，所述网格参数包括：网格的长度、网格的宽度、网格的内角、网格的外角及网格间的翘曲角度。
进一步地，所述冲压仿真软件为ETA公司生产的DYNAFORM或ESI公司生产的PAMSTAMP。
本发明的有益效果在于：
本发明提供的针对于厚板的仿真方法基于适用于厚板仿真的幂指数塑性材料模型和实体单元或厚壳单元，并设置厚板仿真参数，计算得到厚板的仿真结果；这区别于薄板的壳单元仿真，从而提高了铁路货车的厚板冲压成型仿真的准确性。本发明结构合理、效果显著、实用性强。
附图说明
图1为本发明实施例提供的针对于厚板的仿真方法的流程图。
具体实施方式
为进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的针对于厚板的仿真方法的具体实施方式及工作原理进行详细说明。
由图1可知，本发明提供的针对于厚板的仿真方法包括：
激活冲压仿真软件中的幂指数塑性材料模型；具体为：先通过拉伸试验获取不同材料对应的厚板的应力应变曲线、硬化指数、硬化系数、厚向异性系数；再将各材料对应的应力应变曲线、硬化指数、硬化系数及厚向异性系数分别输入幂指数塑性材料模型，不同材料对应的幂指数塑性材料模型被激活，再根据被激活的不同的幂指数塑性材料模型建立材料模型库，仿真时可以直接选取。
对冲压仿真软件中的压型工具和坯料进行网格划分；具体的，通过网格划分软件对冲压仿真软件中的压型工具和坯料进行网格划分；需要注意的是，在对坯料网格进行划分时，若压型工具与坯料对应的面为圆弧，则在坯料上形成的圆弧区域至少保证划分6个网格的密度。
在本实施例中，网格划分软件包括PART-MESH软件和HYPERMESH软件。
再对被划分的网格进行检查评估；具体方法为：
将被划分的网格的网格参数与预先设定的网格检查参数进行比对；
若被划分的网格的网格参数不符合预先设定的网格检查参数的要求，则说明网格划分的不正确，需要对网格重新划分；
若被划分的网格的网格参数符合预先设定的网格检查参数的要求，则说明网格划分正确；再从网格中拉伸出实体单元或厚壳单元，并根据厚板的厚度确定出实体单元或厚壳单元的层数；比如5mm的材料可以划分5层。
在本实施例中，网格参数包括：网格的长度、网格的宽度、网格的内角、网格的外角及网格间的翘曲角度。
接着将被激活的幂指数塑性材料模型添加到实体单元或者厚壳单元中；
再在冲压仿真软件中设置厚板仿真参数；具体的，厚板仿真参数包括：实体单元或厚壳单元中的计算公式、坯料与压型工具的接触类型、坯料与压型工具的接触参数、冲压设备的冲压速度、冲压设备的压边速度及压边力类型。其中，坯料与压型工具的接触类型包括：CONTACT_FORMING_NODES_TO_SURFACE(节点和面接触)、CONTACT_FORMING_ONE_WAY_SURFACE_TO_SURFACE(单向面和面接触)、CONTACT_FORMING_SURFACE_TO_SURFACE（面和面接触）；坯料与压型工具的接触参数包括摩擦系数、罚刚度缩放因子、罚刚度值；摩擦系数在0.1-0.15之间，罚刚度缩放因子在0.01-0.1之间，罚刚度值为4。冲压设备的冲压速度在1800mm/s-2200mm/s之间；冲压设备的压边速度在900mm/s-1100mm/s；压边力类型包括：弹簧压边、聚氨酯压边、氮气簧压边，且由压边设备的压边力类型决定。
为防止厚板分析出现沙漏现象，实体单元或厚壳单元中的计算公式选择全积分单元公式。
根据导入的幂指数塑性材料模型和设置的厚板仿真参数，计算得到仿真结果；
对得到的仿真结果的可用性进行评估，并确定零件的可成形性，具体方法为：
先在标准试验模具的基础上，提高拉延筋的强度，得到非标试验模具；通过非标试验模具得到厚板的FLC曲线和/或FLSD曲线；
将由仿真结果得到的成形极限图与通过非标试验模具得到厚板的FLC曲线和/或FLSD曲线进行比对；若比对结果显示成形极限图中的各点均处于FLC曲线和/或FLSD曲线的下方，则说明得到的仿真结果可用，表明厚板零件结构合理，能够进行生产；否则说明得到的仿真结果不可用，表明厚板零件结构不合理，需要修改产品结构。具体的，若材料的抗拉强度小于或者等于600Mpa，则将成形极限应变图与通过非标试验模具得到厚板的FLC曲线进行比对；若材料的抗拉强度大于600Mpa，则将成形极限应力图与通过非标试验模具得到厚板的FLSD曲线进行比对。
需要说明的是，在本实施例中，还可以采用等效应力和等效应变的方法对得到的仿真结果的可用性进行评估，具体方法为：
先在冲压仿真软件中调用Von Mises(等效应力）以及PLASTIC_STRAIN（等效应变）插件，得到仿真结果对应的等效应变与等效应力；再将得到的等效应变与等效应力与单向拉伸条件下获取的等效应力和等效应变进行对比；若得到的等效应变与等效应力均低于单向拉伸条件下获取的等效应力和等效应变，则说明得到的仿真结果可用，表明厚板零件结构合理，能够进行生产；否则说明得到的仿真结果不可用，表明厚板零件结构不合理，需要修改产品结构。
优选地，冲压仿真软件为ETA公司生产的DYNAFORM或ESI公司生产的PAMSTAMP。
通过本发明提供的针对于厚板的仿真方法对厚板进行仿真，首先激活冲压仿真软件中的幂指数塑性材料模型，并建立材料模型库；再对冲压仿真软件中的压型工具和坯料进行网格划分，并对被划分的网格进行检查评估；若网格划分正确，再从网格中拉伸出实体单元或厚壳单元，并根据厚板的厚度确定出实体单元或厚壳单元的层数；接着，将被激活的幂指数塑性材料模型添加到实体单元或者厚壳单元中；再在冲压仿真软件中设置厚板仿真参数；在本实施例中，实体单元或厚壳单元中的计算公式选择全积分单元公式，坯料与压型工具的接触类型为CONTACT_FORMING_SURFACE_TO_SURFACE（面和面接触），摩擦系数为0.13，罚刚度缩放因子为0.06，罚刚度值为4，冲压设备的冲压速度为1900mm/s，冲压设备的压边速度为1000mm/s，压边力类型选择聚氨酯压边。根据导入的幂指数塑性材料模型和设置的厚板仿真参数，计算得到仿真结果；最后，对计算得到的仿真结果的可用性进行评估，并确定零件的可成形性。
本发明提供的针对于厚板的仿真方法基于适用于厚板仿真的幂指数塑性材料模型和实体单元或厚壳单元，并设置厚板仿真参数，计算得到厚板的仿真结果；这区别于薄板的壳单元仿真，从而提高了铁路货车的厚板冲压成型仿真的准确性。本发明结构合理、效果显著、实用性强。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种针对于厚板的仿真方法，其特征在于，包括：
激活冲压仿真软件中的幂指数塑性材料模型；
对所述冲压仿真软件中的压型工具和坯料进行网格划分；
从所述网格中拉伸出实体单元或厚壳单元，并确定所述单元的层数；其中，所述确定单元的层数包括：根据厚板的厚度确定出所述实体单元或厚壳单元的层数；
实体单元或厚壳单元中的计算公式选择全积分单元公式；
将所述幂指数塑性材料模型添加到所述实体单元或者所述厚壳单元中；
在冲压仿真软件中设置厚板仿真参数；
计算得到仿真结果；
通过等效应力和等效应变的方法对所述得到的仿真结果进行评估，并确定零件的可成形性；具体方法为：
先在所述冲压仿真软件中调用等效应力以及等效应变插件，得到仿真结果对应的等效应变与等效应力；再将得到的等效应力与等效应变与单向拉伸条件下获取的等效应力和等效应变进行对比；若得到的等效应变与等效应力均低于在单向拉伸条件下获取的等效应力和等效应变，则说明得到的仿真结果可用，表明厚板零件结构合理，能够进行生产；否则说明得到的仿真结果不可用，表明厚板零件结构不合理，需要修改产品结构。
2.如权利要求1所述的针对于厚板的仿真方法，其特征在于，在所述从网格中拉伸出实体单元或厚壳单元之前，对被划分的网格进行检查评估；具体方法为：
将所述被划分的网格的网格参数与预先设定的网格检查参数进行比对；
若被划分的网格的网格参数符合所述预先设定的网格检查参数的要求，则说明网格划分正确；再从网格中拉伸出所述实体单元或所述厚壳单元；
若被划分的网格的网格参数不符合预先设定的网格检查参数的要求，则说明网格划分的不正确，需要对网格重新划分。
3.如权利要求1所述的针对于厚板的仿真方法，其特征在于，所述激活冲压仿真软件中的幂指数塑性材料模型包括：先通过拉伸试验获取不同材料对应的厚板的应力应变曲线、硬化指数、硬化系数、厚向异性系数；再将各材料对应的所述应力应变曲线、所述硬化指数、所述硬化系数及所述厚向异性系数分别输入所述幂指数塑性材料模型，不同材料对应的幂指数塑性材料模型被激活；再根据被激活的幂指数塑性材料模型建立材料模型库。
4.如权利要求1所述的针对于厚板的仿真方法，其特征在于，所述对冲压仿真软件中的压型工具和坯料进行网格划分包括：
通过网格划分软件对所述冲压仿真软件中的压型工具和坯料进行网格划分；在对坯料网格进行划分时，若所述压型工具与所述坯料对应的面为圆弧，则在坯料上形成的圆弧区域至少保证划分6个网格的密度。
5.如权利要求1所述的针对于厚板的仿真方法，其特征在于，在所述计算得到仿真结果之后，对所述得到的仿真结果进行评估，并确定零件的可成形性；具体方法为：
先在标准试验模具的基础上，提高拉延筋的强度，得到非标试验模具；通过所述非标试验模具得到厚板的FLC曲线和/或FLSD曲线；
将由仿真结果得到的成形极限图与通过非标试验模具得到厚板的FLC曲线和/或FLSD曲线进行比对；若比对结果显示所述成形极限图中的各点均处于所述FLC曲线和/或所述FLSD曲线的下方，则说明得到的仿真结果可用，表明厚板零件结构合理，能够进行生产；否则说明得到的仿真结果不可用，表明厚板零件结构不合理，需要修改产品结构。
6.如权利要求1所述的针对于厚板的仿真方法，其特征在于，所述厚板仿真参数包括：实体单元或厚壳单元中的计算公式、坯料与压型工具的接触类型、坯料与压型工具的接触参数、冲压设备的冲压速度、冲压设备的压边速度及压边力类型。
7.如权利要求2所述的针对于厚板的仿真方法，其特征在于，所述网格参数和所述网格检查参数均包括：网格的长度、网格的宽度、网格的内角、网格的外角及网格间的翘曲角度。
8.如权利要求1-7中任意一项所述的针对于厚板的仿真方法，其特征在于，所述冲压仿真软件为ETA公司生产的DYNAFORM或ESI公司生产的PAMSTAMP。
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