ABAQUS在沖壓成形有限元模擬中的應(yīng)用

1、ABAQUS在沖壓成形有限元模擬中的應(yīng)用         一、模擬加工過(guò)程中的成本節(jié)約    加工成形技術(shù)是制造工業(yè)的中一種重要的技術(shù)。當(dāng)前，制造行業(yè)加工工藝正朝著高技術(shù)的方向發(fā)展，越來(lái)越多的公司在產(chǎn)品研發(fā)和制造過(guò)程中開(kāi)始注重仿真技術(shù)的應(yīng)用。    采用ABAQUS進(jìn)行仿真模擬的目的是節(jié)約開(kāi)發(fā)成本、加快研發(fā)速度和提高產(chǎn)品質(zhì)量。ABAQUS可以針對(duì)不同操作系統(tǒng)（如Unix，Linux和Windows等）進(jìn)行單機(jī)或多機(jī)并行運(yùn)算，節(jié)省更多運(yùn)算時(shí)間。  

2、  下面以ABAQUS某汽車用戶的車門設(shè)計(jì)為例，說(shuō)明ABAQUS在沖壓成型有限元模擬中的應(yīng)用。    傳統(tǒng)的車門設(shè)計(jì)流程如圖1所示。圖1 某型號(hào)汽車車門的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)流程    其中主要設(shè)計(jì)及加工成本如下：    1.軟質(zhì)模具的設(shè)計(jì)和加工成本為20萬(wàn)美元；    2.初期生產(chǎn)并修改模具的周期一般不低于12周；    3.硬質(zhì)模具的設(shè)計(jì)修改和加工成本為75萬(wàn)美元；    4.最后產(chǎn)品試生產(chǎn)、模具方案的定型、修正生

3、產(chǎn)流程直至正式生產(chǎn)的周期一般為89個(gè)月。    其中，硬質(zhì)模具的設(shè)計(jì)費(fèi)用包含在前期軟質(zhì)模具設(shè)計(jì)費(fèi)用之中，后期只計(jì)算修改模具設(shè)計(jì)的費(fèi)用。    采用ABAQUS進(jìn)行數(shù)字仿真之后，設(shè)計(jì)流程如圖2所示。圖2 引入ABAQUS后某型號(hào)汽車車門的設(shè)計(jì)效果    修改設(shè)計(jì)流程之后，主要設(shè)計(jì)和加工成本如下：    1.軟質(zhì)模具的設(shè)計(jì)和加工成本為10萬(wàn)美元；    2.初期生產(chǎn)并修改模具的周期縮短為4周；    3.硬質(zhì)模具的設(shè)計(jì)修

4、改和加工成本為25萬(wàn)美元；    4.最后產(chǎn)品試生產(chǎn)、模具方案的定型、試生產(chǎn)、修正生產(chǎn)流程直至正式生產(chǎn)的周期一般為3.54個(gè)月。    經(jīng)過(guò)以上計(jì)算可以明確看出，僅車門的設(shè)計(jì)費(fèi)用就節(jié)約了2/3，而設(shè)計(jì)周期則縮短為原來(lái)的1/3。    二、模擬加工成形過(guò)程中的難點(diǎn)    加工成形過(guò)程的數(shù)值模擬受到材料非線性、幾何非線性和邊界非線性的綜合影響，直接計(jì)算的難度非常大。從力學(xué)本質(zhì)來(lái)看，很多的成形過(guò)程可以簡(jiǎn)化為準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程，對(duì)該過(guò)程的有限元模擬通常有兩種方法：靜力隱式方法和動(dòng)力顯式方法。

5、根據(jù)動(dòng)力松弛法的原理，動(dòng)力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)解和靜力解是一致的。所以本文所涉及的算例均采用顯式動(dòng)力學(xué)的方法，即使用ABAQUS/EXPLICIT求解器模塊，對(duì)不同的加工成形過(guò)程進(jìn)行模擬。    算例表明，ABAQUS在處理加工成形中可以得到令人滿意的結(jié)果。    三、實(shí)際應(yīng)用    1.普通油箱的沖壓成形    本實(shí)例模擬油箱的沖壓成型過(guò)程。圖3所示為實(shí)際成型時(shí)油箱的一半的形狀?？紤]到在沖壓成型過(guò)程中，油箱結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，本文通過(guò)模擬圖3左下所示的結(jié)構(gòu)，對(duì)其進(jìn)行模擬分析，達(dá)到分析整個(gè)油箱成型的目的。首先，通過(guò)ABAQUS/CAE完成圖3右側(cè)所示的裝配圖，其中平面鋁板將被沖壓成型為圖3左下的結(jié)構(gòu)。成形的全過(guò)程如圖4所示，模擬結(jié)果跟實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程相吻合。其中，圖5所示為整個(gè)過(guò)程中內(nèi)能和動(dòng)能的變化曲線，可以