CN116186806A - 一种钣金成形仿真智能化类比驱动前处理系统、电子设备及存储介质 - Google Patents
一种钣金成形仿真智能化类比驱动前处理系统、电子设备及存储介质 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于钣金冲压成形仿真相关技术领域,其公开了一种钣金成形仿真智能化类比驱动前处理系统、电子设备及存储介质,包括:数据输入模块、规则单元、驱动设计模块和仿真前处理模块,通过数据输入模块输入当前零件和相似零件的几何参数和数据参数,通过规则单元,以相似零件的几何参数和数据参数驱动设计当前零件的有限元模型及仿真参数,通过仿真前处理模块完成自动完成仿真软件的前处理过程。本发明不需要人工进行仿真前处理过程,所有结果计算生成,能够减少设计质量的不稳定性,大幅度提高钣金零件成形仿真的效率,在实际应用中取得了较好的效果。
Description
技术领域
本发明属于钣金成形设计制造技术领域,尤其涉及一种钣金成形仿真智能化类比驱动前处理系统、电子设备及存储介质。
背景技术
有限元仿真模拟技术通过前处理过程输入仿真参数,提交仿真计算后通过后处理界面直观展示计算结果,已成为钣金零件设计制造过程中的关键部分。目前钣金零件的有限元仿真前处理过程复杂,包括:零件结构分析、工序排布、各成形工序坐标系确定、工艺补充、各工序工艺参数输入,且各工序工艺之间参数具有继承关系,即使经验丰富的设计人员都需要进行反复调整,十分的费时费力,仿真效率低下。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求,本发明提供了一种钣金成形仿真智能化类比驱动前处理系统,可使无论何种复杂的钣金零件都可以按照设计方案自动完成仿真前处理工作,而且能够高效准确继承设计参数,减少人为错误,仿真效率高,方便实用。
为实现上述目的,按照本发明的一个方面,提供了一种钣金成形仿真智能化类比驱动前处理系统;包括:
数据输入模块,用于输入当前待仿真零件和相似零件的几何参数和数据参数,其中相似零件为通过经验或软件判断的与待仿真零件结构及外形相近且已经过仿真计算的零件;
规则单元,用于存储根据理论、规范、经验构建出参数化的规则和逻辑,为驱动设计模块提供规则驱动;
驱动设计模块,基于输入的待仿真零件和相似零件的几何参数、数据参数和所述规则单元中存储的规则和逻辑,设计当前待仿真零件的工序方案;
仿真前处理模块,基于驱动设计模块的设计结果,完成仿真软件的前处理过程,包括仿真软件前处理中工序划分、生成各工序有限元模型、各工序工艺参数赋值。
优选地,所述几何参数包括零件模型、坐标系、特征面、特征线的几何模型,所述数据参数包括工艺参数、材料参数、板料厚度。
优选地,所述规则单元内存储若干逻辑规则,所述逻辑规则包括设计逻辑规则和数学逻辑规则;
所述设计逻辑规则包括坯料放缩规则、坯料对齐规则、参数设定规则、修冲规则;
所述数学逻辑规则为工艺及参数设计时所采用的逻辑规则与数值之间的对应关系,以数学函数、逻辑关系、图表信息的形式存储。
优选地,所述坯料放缩规则为计算当前待仿真零件和相似零件的放缩系数,计算公式如下:
放缩系数=当前待仿真零件周长/相似零件周长。
优选地,所述模型对齐规则为计算当前待仿真零件和相似零件的对齐矩阵,步骤如下:
步骤(1):相似零件的板料线乘以放缩系数;
步骤(2):根据最小二乘法计算当前待仿真零件板料线和放缩后相似零件板料线的对齐矩阵。
优选地,所述参数设定规则包括拉延工艺参数设定和拉延模具位置参数设定,其中压边力、模具行程、等效拉深筋阻力、摩擦系数的参数值为相似模型对应参数值乘以放缩系数,拉延模具位置参数根据输入的板厚值按照标准间隙确定。
优选地,所述修冲规则为钣金冲压修冲工艺基本设计规则。
优选地,所述驱动设计模块工作流程为:
步骤(1):基于坯料放缩规则和模型对齐规则将当前待仿真的零件模型跟相似模型对齐;
步骤(2):待仿真的零件模型继承相似模型的工序规划方案;
步骤(3):基于参数设定规则计算当前待仿真的零件的工艺参数和模具位置关系参数;
步骤(4):基于继承的拉延工序方案和计算得到的拉延工艺参数及拉延模具位置参数设计拉延工序;
步骤(5):基于修冲规则设计修冲工序;
步骤(6):将工艺规划方案和各工序的几何信息和参数信息按工序存储,作为驱动设计模块设计结果传入仿真前处理模块。
另一方面,本发明提供一种电子设备,包括:
存储器,用于存储计算机程序;
处理器,用于执行所述计算机程序以实现上述系统的功能。
本发明还提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时以实现上述系统的功能。
总体而言,通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比,本发明提供的一种钣金成形仿真智能化类比驱动前处理系统具有如下有益效果:
1.本发明以相似零件为基础,通过规则驱动,自动完成钣金类零件仿真前处理计算,提高仿真计算的准确性,并显著提高了仿真效率,降低了对仿真人员专业水平的严格要求。
2.同时,系统完成仿真前处理工作并未直接提交计算,赋予用户交互编辑权限,提高了系统的灵活性和通用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实施例钣金成形仿真智能化类比驱动前处理系统的结构及工作流程示意图;
图2是本实施例钣金成形仿真智能化类比驱动前处理系统中参数输入模块的相似零件模型的几何参数和工艺参数;
图3是本实施例钣金成形仿真智能化类比驱动前处理系统中参数输入模块的相似零件模型几何参数和工艺参数的配置文件信息;
图4是本实施例钣金成形仿真智能化类比驱动前处理系统中参数输入模块的待仿真零件模型的几何参数;
图5是本实施例钣金成形仿真智能化类比驱动前处理系统中参数输入模块的待仿真零件模型的配置文件;
图6是本实施例钣金成形仿真智能化类比驱动前处理系统中仿真软件前处理中工序划分结果;
图7是本实施例钣金成形仿真智能化类比驱动前处理系统中有限元模型及位置关系;
图8是本实施例钣金成形仿真智能化类比驱动前处理系统中拉延工序和重力的工艺参数赋值;
图9是本实施例钣金成形仿真智能化类比驱动前处理系统中零件仿真计算结果与相似模型的仿真结果对比。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。此外,下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
请参阅图1,本发明提供了一种钣金成形仿真智能化类比驱动前处理系统,所述系统包括数据输入模块、规则单元、驱动设计模块、仿真前处理模块,具体流程为用户通过数据输入模块输入当前待仿真零件和相似零件的几何参数和数据参数,提交给系统的驱动设计模块,驱动设计模块基于系统的规则单元和相似零件的参数计算当前待仿真零件的有限元模型和仿真参数,并将计算结果传入仿真前处理模块,仿真前处理模块则基于驱动设计模块的设计结果,完成仿真软件的前处理过程。
钣金成形仿真智能化类比驱动前处理系统的数据输入模块,用于输入当前待仿真零件和相似零件的几何参数和数据参数,其中相似零件为通过经验或软件判断的与待仿真零件结构及外形相近且已经过仿真计算的零件。以某翼子板产品为例,如图2所示,相似零件信息主要由几何参数和数据参数组成,如图2右图所示,几何参数包括零件模型、坐标系、特征面、特征线等几何模型,数据参数包括工艺参数、材料参数、板料厚度等参数信息,图2左图为相似零件在仿真软件中的参数信息,该信息以配置文件方式存储并供系统读取,配置文件设定格式为ini文件,包含相似零件所有参数信息,以图3展示的拉延凹模信息为例,其中[DieTool]为程序定位到相似产品的拉延凹模参数位置,[DieTool]下各等号左边为拉延凹模包括的参数名称,各等号右侧为参数的数据类型和参数值,例如参数LUBETYPE(润滑类型),其数据类型为int,参数值为1。待仿真零件信息主要为几何参数(如图4所示),参数信息以配置文件方式存储并供系统读取,配置文件设定格式为ini文件,包含待仿真零件所有几何参数信息,以图5展示的压料面信息为例,其中[Binder]为程序定位到零件压料面参数位置,[Binder]下的[Profile-1]、[Profile-2]、[Profile-3]对应压料面控制线的参数,每部分下各等号左边为参数名称,各等号右侧为参数的数据类型和参数值,例如[Binder]下的参数wcs(局部坐标系),其数据类型为SCSYS,参数值(-1028.45179354,0.00000,-134.07849523)为坐标原点,参数值(0.000,1.000,0.000)和(-1.000,0.000,0.000)为坐标轴方向。
钣金成形仿真智能化类比驱动前处理系统的规则单元,用于存储根据理论、规范、经验构建出参数化的规则和逻辑,为处理系统输入数据,为驱动设计模块提供规则驱动,规则单元内存储的设计逻辑规则包括坯料放缩规则、坯料对齐规则、参数设定规则、修冲规则等。
其中,坯料放缩规则为计算当前待仿真零件和相似零件的放缩系数,计算公式如下:放缩系数=当前待仿真零件周长/相似零件周长;本实施例中,待仿真零件和相似零件的放缩比例为0.9335。
其中,模型对齐规则为计算当前待仿真零件和相似零件的对齐矩阵,步骤如下:
步骤(1):相似零件的板料线乘以放缩系数;
步骤(2):根据最小二乘法计算当前待仿真零件板料线和放缩后相似零件板料线的对齐矩阵。
参数设定规则包括拉延工艺参数设定和拉延模具位置参数设定,其中压边力、模具行程、等效拉深筋阻力、摩擦系数的参数值为相似模型对应参数值乘以放缩系数,拉延模具位置参数根据输入的板厚值按照标准间隙确定;
修冲规则为钣金冲压修冲工艺基本设计规则,步骤如下;
步骤(1):待仿真的零件模型继承相似模型的修冲工序方案;
步骤(2):将修边线和冲裁线离散化,并计算每一段的修边角度θ;
步骤(3):根据修冲规则中修冲方向一致性原则,检查每一序修冲方向是否一致;若一致,则结束修冲工序计算并将结果提交给系统;否则,新建线段集合A,将不满足修冲规则的修边线线段加入集合A,并记录各线段的修冲角度θ;新建集合B,记录已存在的修冲工序的修冲角度,并执行步骤(3);
步骤(4):遍历集合A中线段的修冲角度θ,根据方向一致规则和刃口区域阈值,即修冲角度θ在刃口区域阈值之内,将初始集合A划分为n个子集合,记为A={A1,A2,…,An},并记录每个子集的修冲角度,其中各子集的修冲角度为该集合中各线段修冲角度的平均值;
步骤(5):遍历集合A中各子集的修冲角度,根据根据方向一致规则和刃口区域阈值,逐一对比集合B中存储的修冲角度,若|θAx-By|小于刃口区域阈值,则子集Ax中线段加入工序By中,并新建集合C,子集Ax加入集合C,其中θAx为集合A中第x个子集的修冲角度,By为集合B中第y个元素;
步骤(6):新建集合D,令D为集合C在集合A中的补集,若集合D为空集,则结束修冲工序计算并将结果提交给系统,若集合D不为空集,则执行步骤(7);
步骤(7):取集合D中每个子集修冲角度数组中最大值和最小值的平均值Dn,其中n表示集合D第n个子集,通过Dn与原始修边线夹角作为该数组曲线区域的修边方向,并更新工艺规划方案;
钣金成形仿真智能化类比驱动前处理系统的驱动设计模块,基于输入的相似零件的几何参数、数据参数和规则单元,设计当前待仿真零件的工序方案。工作流程为:
步骤(1):基于坯料放缩规则和模型对齐规则将当前待仿真的零件模型跟相似模型对齐;
步骤(2):待仿真的零件模型继承相似模型的工序规划方案;
步骤(3):基于参数设定规则计算当前待仿真的零件的工艺参数和模具位置关系参数;
步骤(4):基于继承的拉延工序方案和计算得到的拉延工艺参数及拉延模具位置参数设计拉延工序;
步骤(5):基于修冲规则设计修冲工序;
步骤(6):将工艺规划方案和各工序的几何信息和参数信息按工序存储,作为驱动设计模块设计结果传入仿真前处理模块。
仿真前处理模块,基于驱动设计模块的设计结果,完成仿真软件的前处理过程。以某翼子板产品为例,前处理中的工序划分如图6图所示,待仿真零件的工序划分结果包括重力设定和拉延,前处理界面为人机交互界面,用户可以在界面中进行编辑和修改。前处理中有限元模型及位置关系如图7所示,有限元模型中凹模模型为待仿真零件模型网格划分结果,压边圈和凸模的有限元模型由凹模有限元模型根据坯料厚度进行偏置,坯料有限元模型为相似零件的坯料根据对齐矩阵计算得到。工艺参数赋值如图8所示,左图为仿真界面拉延工序的参数定义结果,右图为重力设定的参数定义结果,界面为人机交互界面,用户可以在界面中进行编辑和修改。
系统仿真前处理完成可直接提交运算,零件仿真计算结果与相似模型的仿真结果如图9所示,可以看出在没有设计人员干预的情况下,通过相似零件和设计规则驱动,零件仿真质量满足仿真需求。
本申请中的用于钣金成形仿真智能化类比驱动前处理系统包括三种设计语言:数学函数、设计软件的开发计算机语言(例如,NX设计软件,对应的计算机语言为CAD)以及底层开发计算机语言(例如C++语言等)。其中,所述数学函数用于在零件的结构参数、工艺参数和特征参数间建立相关联的函数关系式,所述底层开发计算机语言用于对已构建的数学函数进行编译以将其全部转换为程序语言。所述设计软件的开发计算机语言用于对设计软件进行二次开发以使得整个钣金成形仿真一键驱动系统与设计软件无缝对接。设计软件优选为NX,当然其他实施方式亦可采用其他的设计软件,比如CATIA、Creo、SolidWorks等,只需要通过做对应的二次开发即可将本发明所述的钣金成形仿真智能化类比驱动前处理系统与设计软件衔接起来。
另一方面,本实施例提供一种电子设备,包括:
存储器,用于存储计算机程序;
处理器,用于执行所述计算机程序以实现上述系统的功能。
本实施例还提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时以实现上述系统的功能。
综上所述,本发明能够自动提取钣金零件设计系统全参数中的仿真参数,通过算法自动转化为仿真系统的输入参数,提高仿真计算的准确性。同时,系统自动完成仿真前处理工作,显著提高了仿真效率,并且降低了对仿真人员专业水平的严格要求。
本领域的技术人员容易理解,以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种钣金成形仿真智能化类比驱动前处理系统,其特征在于,包括:
数据输入模块,用于输入当前待仿真零件和相似零件的几何参数和数据参数,其中相似零件为通过经验或软件判断的与待仿真零件结构及外形相近且已经过仿真计算的零件;
规则单元,用于存储根据理论、规范、经验构建出参数化的规则和逻辑,为驱动设计模块提供规则驱动;
驱动设计模块,基于输入的待仿真零件和相似零件的几何参数、数据参数和所述规则单元中存储的规则和逻辑,设计当前待仿真零件的工序方案;
仿真前处理模块,基于驱动设计模块的设计结果,完成仿真软件的前处理过程,包括仿真软件前处理中工序划分、生成各工序有限元模型、各工序工艺参数赋值。
2.根据权利要求1所述的一种钣金成形仿真智能化类比驱动前处理系统,其特征在于,所述几何参数包括零件模型、坐标系、特征面、特征线的几何模型,所述数据参数包括工艺参数、材料参数、板料厚度。
3.根据权利要求1所述的一种钣金成形仿真智能化类比驱动前处理系统,其特征在于,所述规则单元内存储若干逻辑规则,所述逻辑规则包括设计逻辑规则和数学逻辑规则;
所述设计逻辑规则包括坯料放缩规则、坯料对齐规则、参数设定规则、修冲规则;
所述数学逻辑规则为工艺及参数设计时所采用的逻辑规则与数值之间的对应关系,以数学函数、逻辑关系、图表信息的形式存储。
4.根据权利要求3所述的一种钣金成形仿真智能化类比驱动前处理系统,其特征在于,所述坯料放缩规则为计算当前待仿真零件和相似零件的放缩系数,计算公式如下:
放缩系数=当前待仿真零件周长/相似零件周长。
5.根据权利要求3所述的一种钣金成形仿真智能化类比驱动前处理系统,其特征在于,所述模型对齐规则为计算当前待仿真零件和相似零件的对齐矩阵,步骤如下:
步骤(1):相似零件的板料线乘以放缩系数;
步骤(2):根据最小二乘法计算当前待仿真零件板料线和放缩后相似零件板料线的对齐矩阵。
6.根据权利要求3所述的一种钣金成形仿真智能化类比驱动前处理系统,其特征在于,所述参数设定规则包括拉延工艺参数设定和拉延模具位置参数设定,其中压边力、模具行程、等效拉深筋阻力、摩擦系数的参数值为相似模型对应参数值乘以放缩系数,拉延模具位置参数根据输入的板厚值按照标准间隙确定。
7.根据权利要求3所述的一种钣金成形仿真智能化类比驱动前处理系统,其特征在于,所述修冲规则为钣金冲压修冲工艺基本设计规则。
8.根据权利要求1所述的一种钣金成形仿真智能化类比驱动前处理系统,其特征在于,所述驱动设计模块工作流程为:
步骤(1):基于坯料放缩规则和模型对齐规则将当前待仿真的零件模型跟相似模型对齐;
步骤(2):待仿真的零件模型继承相似模型的工序规划方案;
步骤(3):基于参数设定规则计算当前待仿真的零件的工艺参数和模具位置关系参数;
步骤(4):基于继承的拉延工序方案和计算得到的拉延工艺参数及拉延模具位置参数设计拉延工序;
步骤(5):基于修冲规则设计修冲工序;
步骤(6):将工艺规划方案和各工序的几何信息和参数信息按工序存储,作为驱动设计模块设计结果传入仿真前处理模块。
9.一种电子设备,其特征在于,包括:
存储器,用于存储计算机程序;
处理器,用于执行所述计算机程序以实现权利要求1至8任一所述的系统的功能。
10.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时以实现权利要求1至8任一所述的系统的功能。
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