板料成形有限元模拟

板料成形有限元模拟系统前处理模块中的关键技术的研究

Du Ting，Zhang Zhibing， Liu Yuqi， Li Zhigang

（华中科技大学国家重点塑性成形模具技术实验室，中国武汉 430074）

摘要：金属板料成形快速分析系统FASTAMP是一个具有完全独立版权商业的有限元模拟系统。前加工模块FASTAMP_PRE 几层了常用的CAD文件接口（IGES/VDA）和NASTRAN的网格文件接口，它兼容绝大部分流行的CAD系统；它内部快速表面网格化可以网格化绝大部分复杂的表面模型；点线面元编辑的作用可以用于修复常用的表面和有限元模型缺陷；人性化的界面和简单的操作系统使其已易于应用于工程应用上

前加工模块作为一个在商业化有限元模拟系统的关键技术上是非常重要的。许多应用程序表明FASTAMP系统可以完全满足板料成形模拟的有限元模型的建立要求并且最后达到商业水平

关键词：板料成形；FASTAMP；预处理；有限元网格；面编辑

0 介绍

金属板料成形被广泛的应用于航空航天领域，汽车，家用电器行业。特别是汽车行业50-70%的汽车产品的重量由冲压件构成。传统的成型工艺分析和模具设计与制造主要取决于工程师的经验。物料流的成形数据和应力应变分布

ABAQUS在冲压成形有限元模拟中的应用

作者：美国ABAQ… 资料库来源：《CAD/CAM与制造业信息化》

本文所示的ABAQUS软件的应用成功地节省了产品设计开发的成本，同时还能缩短设计开发的时间，而且模拟的

结果与实际结果相距不大，是一款不可多得的优秀软件。

一、模拟加工过程中的成本节约

加工成形技术是制造工业的中一种重要的技术。当前，制造行业加工工艺正朝着高技术的方向发展，越来越多的公司在产品研发和制造过程中开始注重仿真技术的应用。

采用ABAQUS进行仿真模拟的目的是节约开发成本、加快研发速度和提高产品质量。ABAQUS可以针对不同操作系统（如Unix，Linux和Windows等）进行单机或多机并行运算，节省更多运算时间。

下面以ABAQUS某汽车用户的车门设计为例，说明ABAQUS在冲压成型有限元模拟中的应用。

传统的车门设计流程如图1所示。

图1 某型号汽车车门的传统设计流程

其中主要设计及加工成本如下：

1.软质模具的设计和加工成本为20万美元； 2.初期生产并修改模具的周期一般不低于12周； 3.硬质模具的设计修改和加工成本为75万美元； 4.

塑性成形过程中的有限元法

金属塑性成形技术是现代化制造业中金属加工的重要方法之一。它是金属材料在模具和锻压设备作用下发生变形，获得所需要求的形状、尺寸和性能的制件的加工过程。金属成形件在汽车、飞机仪表、机械设备等产品的零部件中占有相当大的比例。由于其具有生产效率高，生产费用低的特点，适合于大批量生产，是现代高速发展的制造业的重要成形工艺。据统计，在发达国家中，金属塑性成形件的产值在国民经济中的比重居行业之首，在我国也占有相当大的比例。

随着现代制造业的高速发展，对塑性成形工艺分析和模具设计方面提出了更高的要求。若工艺分析不完善、模具设计不合理或材料选择不当，则会造成产品达不到质量要求，造成大量的次品和废品，增加了模具的设计制造时间和费用。为了防止缺陷的产生，以提高产品质量，降低产品成本，国内外许多大公司企业及大专院校和研究机构对塑性成形件的性能、成形过程中的应力应变分布及变化规律进行了大量的理论分析、实验研究与数值计算，力图发现各种制件、产品成形工艺所遵循的共同规律以及力学失效所反映的共同特征。由于塑性成形工艺影响因素甚多，有些因素如摩擦与润滑、变形过程中材料的本构关系等机理尚未被人们完全认识和掌握，因而到目前为止还未能

群桩的有限元模拟分析

摘要：

本文以《公路桥涵地基与基础设计规范》为依据，采用土弹簧模拟桩-土作用对群桩基础进行有限元模拟分析，通过计算分析并与手算结果比较可知，该方法不仅能较为准确的反应群桩基础的刚度，还能提供设计需要的桩基内力，对群桩基础的设计计算有一定的借鉴意义。 0引言

目前连续刚构桥结构总体计算仍以平面杆系静力程序计算为主，应用杆系结构分析桥梁时构造一个与真实结构等价的计算模型是保证计算分析结果真实性的关键。对于连续刚构桥而言，桩基顶端的变位对刚构桥桥墩的柔度有很大影响，进而严重影响到墩梁内力的分配。群桩桩基模拟的方法很多，比较经典的模拟方法有采用横梁刚度为无穷大的门式刚架、单柱式模型（等截面单柱的底端为固结，上端带有抗推刚度为kw的水平弹簧支承）[1-3,5]。这两种模型具有一共同的构思，就是按照原结构先计算出4个已知变位值 、 （单位水平力作用在原结构上时，原结构桩顶产生的水平位移和转角） 、 （单位弯矩作用在原结构上时，原结构桩顶产生的转角和水平位移）和 （单位竖向力作用于原结构上，原结构桩顶产生的竖向位移）,其中 = ，然后根据在同一荷载作用下实际结构的变形与等效模型的位移相等求出等代模型的4个待定参数。该方

三角形有限元的超收敛性

陈传淼

单位：陈传淼(湖南师范大学计算研究所，长沙 410081 1998-11-02收稿 *数学天元基金重点资助项目(批准号：19331021)

*

摘要 基于三角形上的两类正交展开，对二阶椭圆问题研究了任意m次三角形有限元解(对偶数m)及平均梯度(对奇数m)在对称点上的超收敛性. 除此之外，再没有其他与方程系数无关的超收敛点.

关键词 超收敛 三角形元 任意次

设在平面域Ω上三角形剖分是拟一致的，记椭圆方程的解u及满足

这里假定双线性型

为m次三角形有限元子空间. 二阶

在Ω的边界Γ上有u=v=0. 三角形有限元(Ritz投影)

(1)

用Wk,p(Ω)记Sobolev空间，范数为‖u‖k，p，Ω.

单元正交分析(EOA)的思想［1，2］是构造u的一个较好的展开uI∈uh，由(1)式，这等价于要求R=u-uI近似正交于

:

(2)

，使得uI超接近于

A(uh-uI,v)=A(u-uI,v)=O(hm+2)‖v‖2,1,Ω， m?2，

这里网格范数‖v‖2,1,Ω=∑e‖v‖2,1,e. 若(2)式成立并取v=gh∈下面引理1)，它导致在Ω中一致的超收敛估计

(离散Green函数，见

(u

风vrvb

有限元部分实验报告

F0805102班 5080519046 王江

一、问题描述

一个带圆孔平板如图，内孔半径1mm，平板为方形，其边长为20mm。两侧受均布拉 伸载荷q=1000N/mm。平板材料性能参数包括：泊松比0.3，弹性模量E=200GPa。试分析平 板内部应力场。扩展讨论：当小孔直径变化时，孔边上的应力将会如何变化。

二、模型描述

2.1 模型简化

利用对称性原理，我们可以只对平板

的四分之一进行研究。

如右图所示，考虑第一象限中的平板：

对于X轴上的分应力fxx及fxy，由于对称性

可知fxy=0，且X轴上的质点在Y方向应没有

位移。 同理对于Y轴上的分应力fyx及fyy，

可由对称性推出 fyx=0，且Y轴上的质点在

X方向应没有位移。 因此可将该部分平板看

做只有一边受外载荷q，且在X轴上受Y=0，

Y轴上受X=0的边界约束。 而由对称性可知，

二、三、四象限中的平板受载荷及边界条件

情况与第一象限完全一致。因此只研究1/4

平板是合理的，与研究整体平板结果相同。

2.2、实验模型

模型单元如右上图所示，建立以（0 0 0）为圆心，（1 0 0）和（0 1 0）为边界的圆弧，再以（10 0 0）及（10 10 0）、（10 1

齿轮弯曲应力的有限元分析

摘 要：本文对有限元的概念和分析方法做了介绍，利用有限元分析软件ANSYS对UG建模的齿轮进行了分析，得出了齿轮在不同载荷下，弯曲应力的变化情况，对齿轮的设计提供了理论依据。

关键词：ANSYS；有限元；齿轮

有限元分析是使用有限元方法来分析静态或动态的物理物体或物理系统。在这种方法中一个物体或系统被分解为由多个相互联结的、简单、独立的点组成的几何模型。在这种方法中这些独立的点的数量是有限的，因此被称为有限元。由实际的物理模型中推导出来得平衡方程式被使用到每个点上，由此产生了一个方程组。这个方程组可以用线性代数的方法来求解。有限元分析的精确度无法无限提高。元的数目到达一定高度后解的精确度不再提高，只有计算时间不断提高。

有限元分析可被用来分析比较复杂的、用一般地说代数方法无法足够精确地分析的系统，它可以提供使用其它方法无法提供的结果。在实践中一般使用电脑来解决在分析时出现的巨量的数和方程组。

在分析一个物体或系统中的压力和变形时有限元分析是一种常用的手段，此外它还被用来分析许多其它问题如热传导、流体力学和电力学。

通用有限元分析软件有：德国的ASKA、英国的PAFEC、法国的SYSTUS、美国的ABQU

用ANSYS分析点焊构件的命令流

以下是本人做的一个点焊有限元分析的例子的命令流 ，注意本人用的是ANSYS，这里面有很多的命令流是废话，本人懒，就不做剪切了，其中重要的地方我都做了解释。将命令流复制粘贴到ANSYS的命令窗口按键盘上的回车键即可运行。这个案例用的是刚性短梁模拟焊点 ，希望对某些同志有一些参考意义。还要啰嗦一句，分析结果没有用实验验证过，正确与否，本人未知。

Finish /clear /prep7

ET,1,SHELL181 !*

ET,2,BEAM188 !*

R,1,0.0017, , , , , , RMORE, , , , , , , !* !*

这三句是必须粘贴进去的 这两行是单元类型 钢板厚度

用ANSYS分析点焊构件的命令流

MPTEMP,,,,,,,, 这段是材料参数 MPTEMP,1,0

MPDATA,EX,1,,2.07E11 MPDATA,PRXY,1,,0.3 TB,BISO,1,1,2, TBTEMP,0

TBDATA,,300E6,490E6,,,, MPTEMP,,,,,,,, MPTEMP,1,0

MPDATA,EX,2,,2.0E11

基于UG的有限元分析

1. 模型的建立

利用UG8.0/ Modeling 模块建立模型，如图1所示：

图1 模型

2. 新建有限元模型

1) 单击【开始】→【高级仿真】命令，在【仿真导航器】窗口中右击单击【Rocker.prt】节点，在出的快捷菜单中单击【新建FEM】命令，弹出【新建部件文件】对话框，默认名称、文件夹，单击【确定】按钮。

2) 弹出【新建FEM】对话框，设置求解器为 NX NASTRAN。分析类型为结构分析。单击【确定】按钮，进入了创建有限元模型的环境。 3) 单击工具栏的【材料属性】

图标，弹出【指派材料】

对话框，选择好实体模型，在【材料】列表框中单击【Steel】，

再单击【确定】按钮即完成部件材料属性设置。 4) 单击工具栏中的【物理属性】

图标，弹出图2所示的

【物理属性表管理器】对话框，单击【创建】按钮，弹出【PSOLID】（体单元）对话框，如图2所示，在【材料】列表框中选取【Steel】选项，其他选项默认，单击【确定】按钮。返回到【物理属性表管理器】对话框。单击【关闭】按钮退出。

图2 【PSOLID】对话框

5) 单击工具栏中的【网格捕集器】

图标，弹出图3所示

的【网格捕集器】对话框，在【实体属性】列表框中选取上述设置的

1. Geom即为几何体，是我们分析对象的真实模型，实际物体的三维表现形式；elems即

为网格单元，是我们分析对象的力学模型，是对实际物体的一种近似模拟，是把实际物体转换成可计算的力学和数学模型，它不是简单的线和面，是带有数据的线和面。 在HyperMesh中，我们把geom和elems统称为comps，comps可以理解为图层，这里的图层和CAD的图层的概念不同。这里comps是以后赋予模型材料和几何性质的一个最小单元，或者说对于不同材料性质和不同几何性质的elems要处于不同的comps中。每个comps都会有个名字，所以同一个名字的comps包含两个部分，即XXX（名字）geom和XXX（名字）elems。当然几何体和力学模型是两个完全独立的部分，所以两者完全可以放在不同的comps。

窗口下方是主菜单，共分7类，分别是Geom、1D、2D、3D、BCs、Tool、Post，每一类中有一些重复的比较经常使用的命令。

Geom:主要是对模型的修改和操作。 1d:主要是对线单元的修改和操作。 2d:是对面单元的修改和操作。 3d:是对固体单元的修改和操作。 BCS:边界条件。 TOOL:使用的方法。 POST:后处理的命令。

窗口右下方是对