基于顯式動力學有限元方法的拉延模結構分析技術

本發明專利技術公開了一種基于顯式動力學有限元方法的拉延模結構分析，該方法的步驟如下：步驟一構建拉延仿真模型：利用軟件UG導出模型(凸模、凹模、壓邊圈和板料)的stp格式；步驟二利用Hypermesh對凹模、凸模、壓邊圈進行表面網格劃分再自動生成四面體實體網格，板料劃分成四邊形網格；步驟三將凹模、凸模、壓邊圈和板材均設定為彈塑性體，并定義材料、屬性、邊界條件、接觸類型和輸出卡片；步驟四用Hypermesh完成沖壓過程的有限元仿真，將受力分析結果分多步輸出，查看板料成型結果并確定沖壓工藝參數，以輸出沖壓過程最后時刻為極限工況，對凸模、凹模和壓邊圈進行結構強度分析；步驟五對凸模進行疲勞分析，利用后處理模塊查看疲勞壽命和損傷結果云圖。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種模具結構的仿真分析方法，尤其涉及一種基于顯式動力學有限元方法的拉延模結構分析。
技術介紹
隨著高強度鋼板的廣泛應用，沖壓模具，尤其是汽車覆蓋件模具的設計、生產、應用都產生新的一系列問題。由于高強鋼板的屈服強度在270MPa以上，比起普通鋼板其硬度也提升了3、4倍，正由于這些特點導致了其模具受到的載荷增加很多，模具結構更容易出現結構破壞、疲勞破壞等現象。因此模具強度和結構設計面臨著前所未有的挑戰。由于在設計模具結構時工程師往往憑借經驗，并未有通用的規范。因此會通過采用一定的安全系數來確保所設計的模具在現在生產中的使用壽命。這種方法不僅僅會造成模具質量上升，同時還增加了生產成本。目前一些研究者對這一領域的模具結構進行了研究。張貴寶、李洲等利用載荷映射的方法，先通過Dynaform進行板料成形數值模擬得到板料變形對模具的作用力，將每一步作用力連起來形成一條載荷曲線，然后通過VC++編的程序將載荷力映射模具的有限元模型上，代替板料對模具的作用力對模具進行結構分析，這種方法有效地用變形板料和模具之間的相互作用力代替它們之間復雜的接觸非線性作用，在一定程度上較真實地反映模具受力情況。但這種方法需要運用多個軟件相結合，需要對Dynaform、編程軟件(VS++或VS++)、hypermesh和Ls-Dyna等軟件均熟練掌握，難度非常大。湖南大學吳任、范樂通過在DYNAFORM環境中將模具視為剛體進行板料成形仿真，導出LS-DYNA求解器接口的K文件；模具結構的受力分析在ANSYS/LS-DYNA環境中進行，模具采用彈性有限元模型。由于Dynaform分析板件成形性時把模具視為剛體，因此無法進行模具的結構受力分析，需要修改LS-Dyna關鍵字的方法將模具彈性體化。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種直接在前處理軟件Hypermesh中進行整個沖壓過程仿真的基于顯式動力學有限元方法的拉延模結構分析。本專利技術提供的這種基于顯式動力學有限元方法的拉延模結構分析，其特征在于：該方法的步驟如下：步驟一構建拉延仿真模型：利用軟件UG導出模型(凸模、凹模、壓邊圈和板料)的stp格式；步驟二利用Hypermesh對凹模、凸模、壓邊圈進行表面網格劃分再自動生成四面體實體網格，板料劃分成四邊形網格；步驟三將凹模、凸模、壓邊圈和板材均設定為彈塑性體，并定義材料、屬性、邊界條件、接觸類型和輸出卡片；步驟四利用Hypermesh完成沖壓過程的有限元仿真，將受力分析結果分多步輸出，查看板料成型結果并確定沖壓工藝參數，以輸出沖壓過程最后時刻為極限工況，對凸模、凹模和壓邊圈進行結構強度分析；步驟五對凸模進行疲勞分析，利用后處理模塊查看疲勞壽命和損傷結果云圖。作為優選，在所述步驟一中將凸模、凹模、壓邊圈的材質選用為HT300；板料的材質選用為DP780，厚度為1.2mm。作為優選，在所述步驟二中對凹模、凸模、壓邊圈進行表面網格劃分時指定表面三角形網格尺寸按最大10mm，最小0.5mm劃分，再自動生成四面體實體網格；將板料的網格單元大小指定為10mm。作為優選，在所述步驟三中將凹模、凸模、壓邊圈的材料選用為各項同性彈塑性材料MAT12，這是一個低耗等向塑形模型，適合于三維實體，需設置其密度、剪切模量、屈服強度、切線模量和體積模量；板料選用為切向各項異性彈塑性材料MAT37，這個模型可以模擬各項異性板料成型過程，需設置其密度、泊松比、彈性模量、屈服強度和剪切模量和厚向異性指數；進一步的，在所述步驟三中設置板料屬性時需控制其殼單元的公式，選擇2號Belytschko單元，此單元能最快的顯示動力學殼單元；設置厚度方向3個積分點；進一步的，在步驟三中邊界條件為限定凸模底面所有節點的六個自由度，凸模和壓邊圈除Z方向的位移其余自由度全約束；初步定義凹模的運動速度為1mm/ms,設置壓邊力110T。進一步的，在所述步驟三模具各零部件接觸形式為雙面接觸，設置接觸關系為自動接觸(*CONTACT_AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACE)，分別為上模與板料、壓邊圈與板料、下模與板料,其中模具各部件均為主接觸部件，板料為從接觸部件，設置其摩擦系數為0.125，同時設置粘性阻尼系數VDC＝20來消除高頻震蕩。進一步的，在所述步驟三需輸出卡片有：ONTRO_ACCURACY；CONTRO_ADAPTIVE；CONTRO_BULK_VISCOSITY；CONTRO_CONTACT；CONTRO_ENERGY；CONTRO_HOURGLASS；CONTRO_OUTPUT；CONTRO_PARALLEL；CONTRO_RIGID；CONTRO_SOLID；CONTRO_TERMINATION；CONTRO_TIMESEPT；CONTRO_ABINARY_D3PLOT；CONTRO_OPTION。作為優選，在所述步驟四中設置D3Plot文件輸出間隔設為10ms，整個沖壓行程分33步輸出，經過反復調整沖壓工藝后，最終得到滿意的板料拉延后所處的狀態，最終確定工藝參數：定義凹模運動速度為2mm/ms,設置壓邊力120T。作為優選，在所述步驟五中在凸模的表面創建覆蓋實體單元的殼網格，將沖壓成型中最后一步模面的節點載荷信息提取出來，加載到optistruct模型中相應的節點上；定義疲勞分析參數、疲勞單元和材料、載荷時程曲線后進行疲勞分析，應用應力疲勞分析方法，設置疲勞缺口系數Kf＝1，存活率為0.5，材料拉伸極限為300MPa，采用Goodman理論。本專利技術直接在前處理軟件Hypermesh中將板料和模具均設置為彈塑性體，根據實際情況設置接觸、模具速度、約束等邊界條件，即可進行計算。本方法通過校核模具強度和疲勞壽命不僅僅可以分析出板料成形性效果，有效地保證模具結構設計的合理性，同時掌握起來也較簡單，可以應用到實際模具設計中進行指導，從而縮短制造周期。附圖說明圖1為本專利技術一個優選實施例的流程示意圖。圖2為本專利技術中凸模的網格劃分示意圖。圖3為本專利技術中壓邊圈的網格劃分示意圖。圖4為本專利技術中凹模的網格劃分示意圖。圖5為本專利技術中板料的網格劃分示意圖。圖6為板料拉延后成型極限圖。圖7為板料拉伸時Z方向載荷變化圖。圖8為凹模受力云圖。圖9為壓邊圈受力云圖。圖10為凸模受力云圖。圖11為HT300的S-N曲線疲勞特性曲線。圖12為載荷時程曲線。圖13為凹模疲勞壽命云圖。具體實施方式本實施例提供的這種基于顯式動力學有限元方法的拉延模結構分析，主要包括以下步驟：1、構建拉延仿真模型：利用軟件UG導出模型(凸模、凹模、壓邊圈和板料)的stp格式；2、利用Hypermesh對凹模、凸模、壓邊圈進行表面網格劃分再自動生成四面體實體網格，板料劃分成四邊形網格；3、將凹模、凸模、壓邊圈和板材均設定為彈塑性體，并定義材料、屬性、邊界條件、接觸類型和輸出卡片；4、利用Hypermesh完成沖壓過程的有限元仿真，將受力分析結果分多步輸出，查看板料成型結果并確定沖壓工藝參數，以輸出沖壓過程最后時刻為極限工況，對凸模、凹模和壓邊圈進行結構強度分析；5、對凸模進行疲勞分析，利用后處理模塊查看疲勞壽命和損傷結果云圖。以高強鋼DP780左右中柱中部支撐板拉延模具為例：使凹模、凸模和壓邊圈的本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于顯式動力學有限元方法的拉延模結構分析，其特征在于：該方法的步驟如下：步驟一?構建拉延仿真模型：利用軟件UG導出模型(凸模、凹模、壓邊圈和板料)的stp格式；步驟二?利用Hypermesh對凹模、凸模、壓邊圈進行表面網格劃分再自動生成四面體實體網格，板料劃分成四邊形網格；步驟三?將凹模、凸模、壓邊圈和板材均設定為彈塑性體，并定義材料、屬性、邊界條件、接觸類型和輸出卡片；步驟四?利用Hypermesh完成沖壓過程的有限元仿真，將受力分析結果分多步輸出，查看板料成型結果并確定沖壓工藝參數，以輸出沖壓過程最后時刻為極限工況，對凸模、凹模和壓邊圈進行結構強度分析；步驟五?對凸模進行疲勞分析，利用后處理模塊查看疲勞壽命和損傷結果云圖。

【技術特征摘要】
1.一種基于顯式動力學有限元方法的拉延模結構分析，其特征在于：該方法的步驟如下：步驟一構建拉延仿真模型：利用軟件UG導出模型(凸模、凹模、壓邊圈和板料)的stp格式；步驟二利用Hypermesh對凹模、凸模、壓邊圈進行表面網格劃分再自動生成四面體實體網格，板料劃分成四邊形網格；步驟三將凹模、凸模、壓邊圈和板材均設定為彈塑性體，并定義材料、屬性、邊界條件、接觸類型和輸出卡片；步驟四利用Hypermesh完成沖壓過程的有限元仿真，將受力分析結果分多步輸出，查看板料成型結果并確定沖壓工藝參數，以輸出沖壓過程最后時刻為極限工況，對凸模、凹模和壓邊圈進行結構強度分析；步驟五對凸模進行疲勞分析，利用后處理模塊查看疲勞壽命和損傷結果云圖。2.根據權利要求1所述的基于顯式動力學有限元方法的拉延模結構分析，其特征在于：所述步驟一中將凸模、凹模、壓邊圈的材質選用為HT300；板料的材質選用為DP780，厚度為1.2mm。3.根據權利要求1所述的基于顯式動力學有限元方法的拉延模結構分析，其特征在于：所述步驟二中對凹模、凸模、壓邊圈進行表面網格劃分時指定表面三角形網格尺寸按最大10mm，最小0.5mm劃分，再自動生成四面體實體網格；將板料的網格單元大小指定為10mm。4.根據權利要求1所述的基于顯式動力學有限元方法的拉延模結構分析，其特征在于：所述步驟三中將凹模、凸模、壓邊圈的材料選用為各項同性彈塑性材料MAT12，這是一個低耗等向塑形模型，適合于三維實體，需設置其密度、剪切模量、屈服強度、切線模量和體積模量；板料選用為切向各項異性彈塑性材料MAT37，這個模型可以模擬各項異性板料成型過程，需設置其密度、泊松比、彈性模量、屈服強度和剪切模量和厚向異性指數。5.根據權利要求4所述的基于顯式動力學有限元方法的拉延模結構分析，其特征在于：所述步驟三中設置板料屬性時需控制其殼單元的公式，選擇2號Belytschko單元，此單元能最快的顯示動力學殼單元；設置厚度方向3個積分點。6.根據權利要求5所述的基于顯式動力學有限元方法的拉延模結構分析，其特征在于：所述步驟三中邊界條件為限...

【專利技術屬性】
技術研發人員：謝暉，王杭燕，張文彥，王東福，李會肖，程威，王品健，沈云飛，
申請(專利權)人：湖南大學，上海拖拉機內燃機有限公司，
類型：發明
國別省市：湖南;43