冲压成形仿真过程中有限元网格模型的建立孙杰1,袁国定1,陈炜1,姜银方1,余雷1,仲志刚2(1.江苏大学江苏镇江212013;2.南京模具装备有限公司江苏南京210000摘要:网格模型对冲压成形模拟的精度和效率影响极大,文中阐述了有限元网格模型建立的方法,并从单元尺寸、单元类型、自适应网格再划分技术等方面论述了如何解决精度与效率的问题。关键词:冲压成形;网格;自适应网格划分:TG38;O242.21文献标识码:B:1001-2168(200306-0003-04TheEstablishmentofFiniteGinStampingForminSHUNJie1,YUANGuo-ding1,CHENWei1,JGian1,1,ZHONGZhi-gang2(JiangsuUniversity,g,J,China;2.NanjingDieEquiptnjing,Jiangsu210000,ChinaAbstract:Gridmodeltheaccuracyandefficiencyofstampingformingsimulation.estngfiniteelementsgridmodelwasexpatiatedandtheim2provemencywasdiscoursedintermsoftheelementsize,thetypesandtheself-adaptartitiontechnology.Keywords:stampingforming;grid;self-adaptgridpartition1引言近年来随着计算机软件、硬件技术的迅猛发展以及计算机技术、图形学与力学、工艺学的交叉和结合,基于数值模拟的计算机辅助工程CAE技术在冲压成形研究领域得到了广泛的应用。冲压成形数值模拟技术在模拟零件的弯曲、拉伸、胀形、翻边等成形工序时已经有相当高的精度,在指导冲压工艺的制定以及工艺参数的优化方面发挥了很大的作用。目前在工业界,冲压工艺设计除了依靠传统的定性分析和物理模拟试验等手段外,采用数值模拟研究冲压工艺设计问题已经愈来愈引起人们的重视。对于冲压成形数值模拟,人们最关注的是计算精度和计算效率,然而这二者相互矛盾、相互制约,如何才能在保证计算精度的同时又有较高的计算效率,建立高质量网格模型是一个非常关键的前提。网格质量好不仅是指模拟精度高,而且还应该是计算效率较高。本文从单元尺寸、单元类型、自适应网格再划分等方面阐述了如何建立高质量的网格模型。2单元尺寸的确定就单元尺寸与计算精度和计算时间的关系而言,一方面,单元尺寸越小,计算精度就越高;另一方面,单元尺寸越小,单元总数就越多,计算时间就越长。综合以上两方面的因素,基于计算精度和计算效率兼顾的考虑,在控制单元总数的前提下,应尽量采用较小的单元尺寸。2.1板料单元尺寸的确定一般来说,较小的板料单元能够给出准确的几何描述,使薄板完全成形以后对模具有理想的贴模性,模拟的结果比较符合实际,然而这样做会增加板料单元的数量,并且使时间步长减小,从而大大增加成形模拟的计算时间。以圆筒件拉伸为例,由于是对称件,取其中的1/4,见图1,模具单元尺寸不变,坯料单元尺寸分别采用6mm×6mm、3mm×3mm、2mm×2mm。通过计算结果(见表1的比较,模型网格采用较小的板料单元尺寸能够得到较高的成形模模具CAD/CAM——————————————————————作者简介:孙杰(1971-,男,安徽淮南人,硕士研究生,主要从事基于数值模拟的冲压工艺研究,地址:江苏大学748信箱研001班。电话:013913433556,E-mail:sj00111@163.com收稿日期:2002-10-21注:实际最小厚度0.82mm。表1板料单元尺寸对拉伸计算结果的影响模型类型模型1模型23板料单元尺寸6mm×6mm×板料单元数5053模型总单元数6301最小厚度0.0.86mm0.85mm模拟时间5min41s18min26s51min8s表3模具圆角处单元数量对计算结果的影响单元数量以3个单元过渡以5个单元过渡以10个单元过渡模拟时间40min41s51min8s1h33min23s最小厚度0.90mm0.85mm0.85mm注:实际最小厚度为0.82mm表2板料单元尺寸对回弹计算结果的影响模型类型模型1模型2模型3单元尺寸2mm×2mm4mm×4mm8mm×8mm回弹角2.90°1.83°1.02°拟精度,模型3最接近实际。然而随着板料单元尺寸的减小,计算时间显著增加,因此要兼顾精度与效率,板料单元尺寸不宜太小。一般而言,对于小型零件的模拟,最小单元尺寸控制在2mm×2mm,大型零件的模拟,最小单元尺寸控制在6mm×6mm。图1圆筒形件拉伸有限元模型1.凸模2.压边圈3.坯料4.凹模在对冲压件回弹进行模拟计算时,单元尺寸的大小对回弹量计算结果影响显著,单元尺寸越大,回弹量就越小,有时甚至会出现负回弹(与实际相悖。下面以U形件为例(见图2说明板料单元尺寸对回弹计...