章志兵[1]2004年在《FASTAMP前后置处理系统中相关算法的研究》文中提出板料冲压成形工艺具有生产效率高、产品性能好、加工材料省的特点,广泛应用于汽车、航天、造船、家电等工业领域。特别是在汽车制造工业中,汽车的大部分零件都是冲压制造的。在汽车整车产品中,外覆盖件具有市场生命周期短,产品形状变化频繁、形状复杂、结构尺寸大、成形质量要求高等特点,成为整车产品开发中的一个关键环节。传统的覆盖件产品和模具设计主要靠经验和试模来完成,在产品设计阶段,难以对产品的成形工艺和质量进行有效的评估,因此急需一种有效的分析方法来指导产品设计。有限元逆算法可以较好地对产品进行数值模拟,在产品设计阶段可以快速地分析和评估产品的后续加工工艺性,缩短了产品开发周期,降低了生产成本,可以作为一种新车型覆盖件开发的有效分析工具。结合华中科技大学模具国家重点实验室开发的基于有限元逆算法的FASTAMP软件,对软件系统的前、后处理系统中的相关算法问题进行了研究,开发了FASTAMP软件后处理系统。在前处理系统中,对网格的质量进行了检查。将网格的边按照空间位置定向排序搜索,提出了一种快速建立单元关联关系的算法。并在建立了单元关联关系的基础上,对重复单元、多单元共边等单元缺陷进行了分步检查和修复。同时根据模拟计算的要求,实现了单元法向量的自动翻转和单元负角的动态检查。在后处理系统中,对有限元分析中物理量的分布显示算法进行了研究,实现了单元块、等值线和截面线叁种物理量分布显示算法。采用动态划分物理量分布区域的方法,提出了一种高效快速的等值线显示算法。同时根据后处理系统中的要求,提出一种截面物理量显示算法,方便观察物理量沿某一方向的分布情况,并比较了叁种显示方法的优缺点。从理论和实验两个方面对成形极限图(FLD)的建立进行了研究。对传统的FLD进行了扩展,引入了起皱极限图(WLD),使新的FLD不仅可以反映减薄和破裂的趋势,还可以比较准确地预测冲压件的起皱趋势。同时又引入了成形不足区,反映板料变形不足,可能引起冲压件刚性不足、鼓动或产生表面微波纹现象,更加方便地对于汽车外覆盖件进行成形性分析。通过大量的系统测试和实际工业应用,验证了所开发的后处理系统的稳定性和实用性,基本满足有限元模拟后处理的需要。
杜亭[2]2004年在《板料成形有限元模拟前后置处理系统的设计与实现》文中研究说明近年来,板料成形的有限元模拟技术已被广泛应用到产品设计开发中,很多企业都开始采用数值方法检查零件的可成形性,预测零件的开裂、起皱、回弹等缺陷,优化成形工艺参数,提高零件的成形工艺性。因此开发性价比高、能够满足企业用户需要的板料成形有限元模拟系统,具有非常高的实际应用价值及市场潜力。本课题由国家自然科学基金重点项目和教育部科学技术研究重点项目联合资助,是“大型复杂模具智能化仿真设计集成系统的研究开发”的重要组成部分。主要针对板料成形模拟问题,在核心算法的基础上,运用系统分析方法建立系统的框架,采用面向对象的设计方法,进行总体设计、数据结构设计、数据流图分析和设计。并对系统前后置处理模块中的一些关键技术进行了研究,针对图形变换、真实感图形显示和图元的动态拾取等方面做了比较深入的探索。建立了基于 Phong 光照模型的真实感光照绘图环境,使用简单,计算速度快,显示效果逼真,满足了软件系统图形显示的要求。在理论研究和系统设计的基础上,开发了完整意义上的面向工艺设计人员的金属板料成形有限元模拟 FASTAMP 软件系统,包括前置处理、求解器和后置处理叁大模块:1) 前置处理模块包含了兼容性极高的 IGES 和 VDA 数据交换转换接口,高质量 的快速曲面网格生成器,丰富强大的点/线/曲面/单元编辑功能。2) 简单实用的后置处理模块可用于观察和评估金属冲压成形过程模拟计算的最 终计算结果,主要包括冲压件的厚度变化、应力-应变分布情况、冲压件的皱 曲和破裂情况、拉延筋的阻力效应、坯料的初始形状设计以及各种物理量沿 特定截面的变化趋势等。3) 基于逆算法的求解器能够完成板料冲压成形模具设计与成形性校核,为模具 工艺方案选择、模具结构设计、工艺参数优化提供快速有效的数值分析,也 可以应用于冲压件的可成形性快速模拟。精确反算冲压件或零件的坯料形状; 快速预测冲压件的厚度分布、应变分布、破裂位置、起皱位置等;精确真实 地模拟摩擦、压边力、拉深筋、背压力(托料力)等工艺参数,可以考虑压边 圈、顶柱器、曲压料面的作用情况。
杜亭[3]2008年在《面向冲压全工序与设计全流程的板料成形模拟系统》文中研究表明计算机辅助工程(CAE)技术是现代先进制造技术的重要组成部分,也是企业提升产品、工艺、模具设计水平,摆脱传统经验型设计的关键。随着有限元数值方法、冲压成形理论研究的不断深入以及计算机技术的迅速发展,板料成形模拟技术逐渐成熟并摆脱了早期只能应用于单工序拉延模拟的局面,可以完成从重力效应到回弹在内的全工序虚拟试模,以适应不断发展的制造工业的需要。与此同时,由于具备了传统CAE系统不具备的无缝集成与数据无损的优势,CAD/CAE一体化集成系统不断完善,实现“CAE驱动设计”已成为近年来CAD/CAE系统发展的重要方向。论文结合国家自然科学基金资助项目(No.50575080)、国家科技支撑计划资助项目(No. 2006BAF01A43)和国家863计划基金(No. 2006AA04Z140),对板料成形模拟的核心求解器、前后处理关键技术、CAD/CAE集成技术等进行了深入研究,并在此基础上开发了国内首个板料成形全工序模拟系统FASTAMP/Multi-process和国际首个面向设计全流程的CAD/CAE集成系统FASTAMP-NX。针对传统动力显式算法中拉深筋阻力、摩擦力等工艺参数数值模型无法反映约束阻力真实作用效果的问题,提出了基于真实工艺参数的动力显式算法,可以更加精确地反映实际成形过程中工艺参数所引起的约束阻力的作用效果。首次将网格自适应加减密技术引入到动力显式算法,开发了达到工业实用化水平的动力显式算法核心求解器。对板料成形模拟系统的一些关键技术,如数据文件接口、曲面描述、网格剖分算法等,进行了深入研究。加强了FASTAMP系统数据文件接口的兼容性和稳定性;提出了新的独立裁剪曲面工具网格剖分和修复算法,开发了相应的工具网格剖分器,避免了网格质量问题所引起的网格修复工作,大大减少了有限元分析模型准备的工作量;提出并实现了新的裁剪坯料网格生成算法,与传统的有限元网格剖分算法相比,网格质量生成质量有了很大的提高,有助于改进求解器的计算精度。在对板料成形模拟关键技术研究的基础上,研究开发了国内首个面向汽车覆盖件和级进模的板料成形全工序模拟系统FASTAMP/Multi-process,实现了包括重力效应、压边过程、拉深(拉延)、弯曲、成形、工艺切口、冲裁、修边、翻边、折边、回弹在内的全工序模拟功能。基于UGS NX平台开发了国际首个面向设计全流程的全参数化CAD/CAE集成系统FASTAMP-NX。系统包含了面向设计的IAW(Inverse Approach Wizard)和面向虚拟试模的FAW(Forming Analysis Wizard)子系统,实现了全参数化的―建模-分析-制造‖流程,克服了传统CAE软件无法实现实时―设计-修改-再分析‖的局限,可以应用于产品设计、工艺设计、模具设计、虚拟试模的全流程。
冯少宏[4]2006年在《板料成形有限元模拟软件后置处理系统设计与研究》文中指出板料成形过程数值模拟领域,是一个非常活跃的研究领域,同时也是一个蕴藏着巨大经济效益的领域。近年来,计算机软硬件技术、图形学技术、人工智能技术和有限元理论的发展使得计算机有限元模拟在板料成形过程中扮演着越来越重要的角色。本课题来源于国家自然科学基金项目:面向自主设计的汽车覆盖件成形性快速仿真及工艺优化技术研究,项目批准号为50575080。在华中科技大学模具国家重点实验室开发的基于有限元算法的FASTAMP软件的基础上,运用软件工程的思想,对后置处理系统进行了需求分析和设计,并采用面向对象的分析设计方法,建立了后置处理系统的框架结构,因此所设计出的后处理系统具有很好的可维护性和可扩展性。首先,本文以FASTAMP后置处理系统为基础,探讨了系统开发的过程、方法和工具等软件工程问题。整个研制过程贯穿基于面向对象的软件开发过程,运用设计模式等软件体系结构方法和技术,使用统一建模语言UML建立软件模型。文章中详细阐述了设计模式在软件设计中的应用和作用,并以常用的Abstract Factory、Mediator等模式为例,着重阐述了这些模式如何指导本系统的开发。其次,本文对后置处理的一些关键技术进行了研究,它们包括:本文研究了如何将OpenGL图形操作封装在低层类层次结构中,高层用户通过接口使用低层操作,从而达到了解除了高层用户和低层操作之间的耦合的目的。这样不仅降低了高层和低层之间依赖性,而且提高了图形平台的可复用性,为以后的前后处理系统统一图形平台提供了方便。本文研究了多线程技术在后置处理系统中的应用。多线程技术能够提高多人、多任务程序的使用者接口(UI)的反应度,并且能够提高CPU的使用效率,使用多线程技术对于提高后置处理系统的性能有直接的意义。本文提出了一种新的截面显示物理量的算法,不仅具有速度快,实现简单和显示准确的特点,而且能够很好的适应一般网格和自适应加密网格。本文还对图形平台中的一些图形处理技术进行了研究,它们包括不同坐标系间的变换、汉字的显示、动画显示和avi格式动画输出等技术。实践证明,文章所述的软件工程思想和技术能够指导软件开发的全过程,建立结构精巧、易于实现的软件模型,易于系统实现和维护。工程应用说明该系统是稳定的,能够满足实际应用。
闫卫京[5]2011年在《基于CATIA的覆盖件产品可成形性同步仿真系统》文中研究指明汽车覆盖件结构复杂,外形轮廓尺寸大,一般都包含复杂的局部翻边形状,成形质量高求高。在产品设计阶段,传统方法主要根据经验或简单的理论方法设计产品形状,对工程技术人员要求很高。随着科技的进步和计算机技术的发展,有限元模拟技术的产生可以帮助设计人员在产品设计阶段就考虑影响产品可制造性的各种因素,在很短的时间内,得出比较精确的结果,在很大程度上节省了产品开发成本,缩短产品开发周期。论文的研究得到国家数控重大专项项目“C级轿车覆盖件整体侧围、翼子板和新型环保材料内饰件冲压成形模具”(No.2009ZX04013-031)和国家自然科学基金“复杂汽车结构件多工位级进模条料设计的快速仿真模型与关键算法研究”(No.50905067)的资助。论文采用CAA二次开发技术,设计开发了基于CATIA平台的汽车覆盖件产品设计可成形性同步仿真系统BEW (Blank Estimation Wizard)。该系统利用CATIA发布(publication)功能,实现CAD与CAE模型的同步更新,减少了产品设计初期CAE反复建模时间,避免模型数据丢失和精度损失。系统基于改进的有限元逆算法,根据零件形状或带有工艺补充面的工件形状即可快速计算出冲压件的毛坯形状,预测零件的应力应变分布。作为DFM的一个有效载体,系统可应用于汽车覆盖件产品设计初期,帮助企业提高新产品工艺质量和产品质量,缩短新产品开发时间,节省产品开发成本。论文对汽车覆盖件产品设计可成形性同步仿真系统的开发工具CAA以及改进的有限元逆算法的开发思想进行了分析概述。在汽车覆盖件结构特点和成形工艺分析的基础上对系统进行了详细的需求分析和框架、界面设计,并初步确定了系统的工作流程,概况描述了CATIA_BEW系统的总体设计和实现。论文对CATIA_BEW系统的主要关键技术进行了详细介绍。针对系统操作过程中涉及大量数据的创建和修改,系统利用CAA提供的属性操作接口进行了有效的处理;CATIA_BEW系统集成了FASTAMP网格剖分器,相比CATIA自身携带的剖分器,不仅剖分速度快,而且减少了畸形单元;此外利用CATIA的“发布”关联技术实现了系统的同步更新,避免了因初始模型的修改导致繁琐的有限元模拟操作。论文通过对比汽车底板和汽车外围板的系统模拟结果和实验结果,验证了系统具有良好的稳定性,且误差较小,求解速度快,满足工业的实际要求。
余魁[6]2007年在《板料多工步成形模拟前置处理系统的开发》文中提出随着有限元理论的日趋成熟和计算机应用技术的发展,板料成形数值模拟得到了广泛的应用。目前的板料成形数值模拟技术多用于单工序的模拟,单工序模拟虽然能够预测该工序工艺设计的缺点,但是不能分析整个冲压工艺流程设计中出现的问题。而多工序模拟面向全流程工艺设计,通过对每个工序的模拟,真实的显现了产品的全部工艺流程。课题来源于国家自然科学基金项目“面向自主设计的汽车覆盖件成形性快速仿真及工艺优化技术研究”(No.50575080)和国家863计划“基于仿真的汽车零部件可成形性设计与工艺优化”(No. 2006AA04Z140)。在多工步成形理论研究的基础上,依托板料冲压模拟软件FASTAMP的平台,运用计算机图形学技术和有限元理论,采用面向对象设计的方法,开发出面向全工艺设计的多工步成形模拟仿真系统的前置处理模块。通过对拉延、翻边、修边以及回弹等工序的模拟,实现对全工艺流程的模拟分析。论文讨论了多工步板料成形前置处理系统中板料的单元网格,约束类型和材料特性,以及拼焊板模型的建立;分析了基于多工步成形前置处理系统的拉延、翻边、修边和回弹工序的数值模拟过程;研究了拉延、翻边工序的参数定义、工具定义装配的问题和拉深筋、工艺切口的模拟方法,以及修边工序中修边线的选择,回弹工序约束节点的拾取等关键技术。在此基础上,介绍了该系统开发的环境,编程语言,开发工具。并且运用面向对象的程序设计方法,开发出包括拉延、翻边、修边和回弹的面向全工艺设计的多工步成形模拟仿真系统的前置处理系统。最后,对汽车地板零件以及韩国现代汽车翼子板多工步成形进行了模拟,并与实际结果进行比较。实践证明,该系统具有很好的可靠性和准确性,完全满足要求。
李明林[7]2006年在《FASTAMP后处理系统关键算法研究》文中提出随着汽车工业的发展,传统的覆盖件模具设计方法已不能适应产品开发的要求,依靠经验设计模具,一副模具通常需经过多次调试,修改才能最终冲出合格的产品。因此,如何保证零件的成形质量,降低废品率,缩短模具设计、加工、调试周期一直是模具行业的重要议题。在国外汽车厂商纷纷投入巨资开展CAE研究工作,并涌现出一大批商业软件的情况下,作为国家自然科学基金项目“面向自主设计的汽车覆盖件成形性快速仿真及工艺优化技术研究”(项目批准号为50575080)的子项目,开发了一套基于有限元逆算法和增量法的FASTAMP后处理软件系统。在后处理系统中,通过对多种映射算法的研究比较,分析其优缺点后,提出了一种新的基于有限元的映射算法,该算法原理简单、容易实现、执行速度快、效果好,并可广泛用于纹理映射等其它应用领域模拟。论文将该算法与板料冲压试验网格相结合,用于模拟板料在冲压变形过程中试验网格的变形情况。为了更真实的模拟现实中试验网格的变形情况,研究开发了以多种形式显示的圆形试验网格。与变形云图只能显示一维方向上的物理量分布,成形极限图(FLD)只能够显示破裂、起皱等缺陷相比,试验网格能够模拟板料在二维平面上的变形受力情况,方便用户从宏观上直观了解板料的变形,改进生产设计工艺。在设计开发程序过程中,论文对多边形内外点判断算法进行了深入的研究,在已有算法的基础上提出了一种基于相关边、单调性、映射边概念的判断算法,与射线法相比,算法速度提高3~5倍。另外,该算法在计算机图形学、图形图像处理及计算几何中也有着广泛的应用前景。为了精确、快速的选择节点和单元,作者通过对OpenGL拾取选择技术内部实现细节的深入分析,开发程序实现了一些变换函数,解决了OpenGL提供的API函数不能对节点单元的精确任意拾取的问题,并实现了节点单元的动态交互查询。结合实例,对以上算法进行了恶劣环境下的黑盒测试,确保该算法的鲁棒性和准确性,并对整个后处理系统进行了大量的测试,实践表明该系统具有很好的可靠性和稳定性,完全满足要求。
代安健[8]2007年在《基于UG的板料成形有限元模拟系统的研究和开发》文中研究说明数值模拟技术在航空航天、汽车、五金家电等行业已经得到广泛应用,CAE系统在产品设计和模具开发过程中发挥了至关重要的作用。但现有的CAE系统与CAD系统集成化程度很低,在板料成形CAE系统方面还没有与CAD系统直接集成。传统的板料成形CAE系统是通过中间的CAD格式文件进行数据交换。这种方式容易造成模型数据的丢失和模型精度的损失。因此,开发一种快速简捷、界面统一的CAD和CAE无缝集成系统,实现便捷无损的板料冲压成形过程模拟具有重要的意义。课题来源于国家自然科学基金项目“面向自主设计的汽车覆盖件成形性快速仿真及工艺优化技术研究”(N0.50575080)和国家863计划项目“基于仿真的汽车零部件可成形性设计与工艺优化”(N0.2006AA04Z140)。基于UG平台进行二次开发,无缝集成FASTAMP增量法求解器,设计和开发出板料成形有限元模拟系统。论文阐述了UG二次开发的开发环境和开发工具,研究了UG二次开发的框架和功能实现方式。针对动力显式算法,分析现有板料成形有限元软件的结构和设计方法,总结出系统的设计原则。紧密结合实际生产需要,以无缝集成为设计思想,完成了系统的功能需求分析和界面设计。在此基础上,采用模块化设计,实现了系统的各项功能。对网格的剖分和显示、材料库的建立、等效拉深筋模型、基于UDO的数据保存等关键技术做了较为深入的探讨。基于UG平台开发了板料成形有限元模拟系统Forming Analysis Wizard(简称FAW)。FAW系统采用FASTAMP软件增量法求解器,操作风格与UG保持一致,实现了与UG无缝集成。该系统能实现参数化网格剖分,具有独立的材料参数库,考虑了真实的摩擦、压边力、拉深筋、切口线等工艺条件。在UG环境下实现了金属板料精密成形过程仿真,包括重力效应模拟、冲压成形过程模拟等,帮助模具设计以及工艺人员校核设计方案,虚拟试模,减少潜在的设计问题。
汪宏亮[9]2007年在《基于UG的汽车覆盖件冲压CAPP/CAE集成系统的研究》文中研究说明工艺设计是覆盖件产品开发的核心环节,它直接关系到产品的质量、成本、生产效率和模具的寿命。同时基于数值模拟的计算机辅助工程技术(CAE)在汽车模具中的应用不断深入, CAE软件可以精确的模拟仿真板料成形过程,及早发现设计缺陷,实现模具优化。所以CAPP/CAE系统在汽车行业中的使用日益普及。但现有的CAE软件过于专业化,且都独立于CAPP系统,所以迫切需要一种快速简捷、界面统一的CAE系统作为工具集成到CAPP系统中,从而在产品开发的早期通过CAE分析及时避免后续过程可能出现的问题。为此,作者对UG环境下汽车覆盖件冲压CAPP/CAE集成系统进行了研究。作者阐述了覆盖件冲压工艺CAPP/CAE的现状,存在问题以及发展趋势。通过将叁维造型系统与有限元分析技术相结合,实现了CAPP系统与CAE系统之间的数据交换,获取相关工艺优化设计信息,用以指导和优化工艺设计过程。作者还在分析了覆盖件冲压工艺设计及其模具设计过程和板料成形数值模拟方法的基础上,提出了覆盖件工艺优化设计思想,用以实现覆盖件工艺设计中翻边展开和毛坯设计的控制和优化。在理论研究的基础上,作者在Unigraphics平台上,二次开发了汽车覆盖件冲压CAPP/CAE集成系统,重点探讨了有限元网格的生成、数据模型转换以及后置处理相关技术。通过自行编制的模型转换程序,实现了有限元模型在CAPP系统和CAE系统间的方便快捷的相互转换及显示。同时开发出检查冲压方向的实用工具。应用实例表明,该系统可以进行快速的优化设计和成形性模拟,解决汽车覆盖件自适应工艺设计的优化问题,提高工艺设计的效率和质量。本文的研究工作为实现覆盖件工艺设计整体优化作了有益的探索和积累。
钟文[10]2009年在《压印成形模拟前置处理系统的设计与开发》文中研究说明在压印成形的生产实践中,工艺人员往往通过经验和反复试模来优化压印成形工艺。不同材料成形的工艺条件设置相差很大,反复的试模会导致纪念币生产成本的极大增加,从而严重地阻碍了新产品的开发、新材料的应用以及新工艺的推广。基于有限元法的压印成形过程数值模拟可以在产品设计的初期优化清边和压印力的大小,预测成形过程中可能出现的缺陷。数值模拟结果应用于生产实践可以达到减少产品设计周期和成本的目的,有着重要的经济效益和社会效益。论文得到沈阳造币厂“纪念币压印成形模拟仿真研究”合作项目的资助。基于华中科技大学模具技术国家重点实验室FASTAMP课题组开发的FASTAMP软件前置处理系统平台,针对压印成形工艺需求,开发出压印成形模拟软件COINFORM前置处理系统。论文基于压印成形工艺特点,对前置处理系统的需求和功能进行了详细分析,运用面向对象的程序设计方法对系统的总体框架、数据结构和数据流图进行分析和设计。该系统完全面向压印过程,具有数据库容量大,专业性强,界面友好,操作流程简单等优点。论文基于压印成形坯饼设计方法,在已有的二维平面网格生成算法的基础上,开发出针对压印成形模拟的坯饼六面体单元剖分算法。针对大规模体单元数据导致系统显示较慢的问题,开发出坯饼快速显示算法,用于简化大规模体单元数据显示。针对给定的模具模型,开发出基于STL面片的模具单元生成与综合质量检查算法,该算法在保证曲面花纹不失真的前提下,通过单元合并,实现了模具网格的调整,从而大大减少了模具单元的数量,提高了计算的效率。根据压印成形实际工艺的需要,研究了压印成形的虚拟装配技术,自动装配有限元模型,并依据装配结果自动设置求解参数,极大地方便了工程技术人员。论文最后以实际的纪念币压印成形分析过程为例,介绍了COINFORM前置处理系统在压印成形模拟中的应用。
参考文献：
[1]. FASTAMP前后置处理系统中相关算法的研究[D]. 章志兵. 华中科技大学. 2004
[2]. 板料成形有限元模拟前后置处理系统的设计与实现[D]. 杜亭. 华中科技大学. 2004
[3]. 面向冲压全工序与设计全流程的板料成形模拟系统[D]. 杜亭. 华中科技大学. 2008
[4]. 板料成形有限元模拟软件后置处理系统设计与研究[D]. 冯少宏. 华中科技大学. 2006
[5]. 基于CATIA的覆盖件产品可成形性同步仿真系统[D]. 闫卫京. 华中科技大学. 2011
[6]. 板料多工步成形模拟前置处理系统的开发[D]. 余魁. 华中科技大学. 2007
[7]. FASTAMP后处理系统关键算法研究[D]. 李明林. 华中科技大学. 2006
[8]. 基于UG的板料成形有限元模拟系统的研究和开发[D]. 代安健. 华中科技大学. 2007
[9]. 基于UG的汽车覆盖件冲压CAPP/CAE集成系统的研究[D]. 汪宏亮. 华中科技大学. 2007
[10]. 压印成形模拟前置处理系统的设计与开发[D]. 钟文. 华中科技大学. 2009
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