HyperWorks 優(yōu)化技術(shù)在薄板件工藝可成型性分析中的應(yīng)用

1、HyperWorks 優(yōu)化技術(shù)在薄板件工藝可成型性分析中的應(yīng)用         概述        判斷薄板件工藝可成型性沖壓仿真 CAE 技術(shù)目前在很多企業(yè)已得到廣泛的應(yīng)用，在運用此類有限元軟件進行工藝可成型性精確分析判斷時，我們通常的做法是向 CAE 軟件中導(dǎo)入模面，根據(jù)先前估算的板料毛坯進行仿真分析，當(dāng)發(fā)現(xiàn)問題需要進行修正時，比如加大局部圓角、降低高度、增加一定的側(cè)面斜度等，需要在 CAD 軟件中修改好而后再次導(dǎo)入到CAE 軟件中，如此反復(fù)，及其繁瑣。對于簡單

2、零件局部細節(jié)需要在 CAD 中更改時可能還較為方面，對于復(fù)雜模型，可能要花費很大的功夫。本文就我們在做仿真過程中如何運用HyperWorks 的 HyperMorph 技術(shù)實現(xiàn)對仿真模型（有限元模型）的形狀和尺寸改變做簡單闡述，并就 HyperStudy 對薄板件類零件形狀優(yōu)化技術(shù)進行了探討。        一、HyperMorph 技術(shù)簡介        HyperMorph 是一個內(nèi)嵌在 HyperMesh 中的網(wǎng)格變形工具，仿真模塊 HyperForm 中也可以自動加載

3、 HyperMorph。通過它，可以使用多種交互式的方法來改變網(wǎng)格形狀，這些方法包括拖拽 handles，改變模型高度、倒角和半徑及局部角度等。Morph 過程包括將模型分成多個域（domains），這些域的形狀由 handles 來控制。通過移動 handles，可以改變domains 的形狀，以及 domain 中節(jié)點的位置。在局部細節(jié)改變的過程中，網(wǎng)格的變形比較合理，能夠滿足設(shè)計的要求。        二、實際應(yīng)用案例        （圖一）所示為我

4、公司重裝產(chǎn)品零件中的一個大型覆蓋件 CAD 模型，料厚 1.5，深度 385。此處為節(jié)省計算時間，提高模擬效率，成型模面（圖二）取工藝數(shù)模的 1/4 進行成型可行性模擬仿真。對此零件，先后采用了幾種仿真軟件，例如 DynaForm、HyperForm等，并試驗了各種模擬仿真條件（同樣的材料和厚度），不同的壓邊力，不同的拉延筋布置，不同的潤滑系數(shù)等等，都無法得到可以接受的成型仿真結(jié)果。這時就需要對產(chǎn)品數(shù)模進行改動，以達到成型性要求。我們先期利用 HyperMorph 技術(shù)對凹模面 FEA 模型進行了幾處可行性工藝處理，加大了凹模材料入口處和頂部易拉裂部位的圓角，并降低了成型高度。而后直接利用更改

5、后的模型進行下一步的仿真設(shè)置，也可將改后的 FEA 模型通過 HyperWorks與其它 CAE 軟件的接口導(dǎo)入到其它 CAE 仿真軟件中進行下一步的分析。        在仿真分析中一般把凹模面視為剛性體，故可利用 Rmesh 或 adaptive mesh 方法對凹模面進行分網(wǎng)。圖三中網(wǎng)格是利用 Rmesh 方法得到的剛性體網(wǎng)格。然后直接加載HyperMorph，先創(chuàng)建 domains 和 handles，此處讓軟件為所有網(wǎng)格自動創(chuàng)建 2Ddomains和 handles。見圖三和圖四自動創(chuàng)建的域和移動 handles。對于復(fù)雜的

6、模型，需要修改自動創(chuàng)建 domains 的相關(guān)參數(shù)，例如 domain angle 和 curve tolerance 等，以便生成易于改變模型特征的域和 handles。圖3圖4        創(chuàng)建 domains 和 handles 后，就可以運用 morph 技術(shù)對網(wǎng)格進行形狀和尺寸的改變了。以下幾副圖片為改變前后的對比。        如果需要再次對不同細節(jié)調(diào)整，采取同樣的辦法，很快就能實現(xiàn)。使用 HyperMorph工具可以方便地修改模面的特征，極大減少了

7、在 CAD 中做修改和再次導(dǎo)入數(shù)據(jù)劃分網(wǎng)格所需要的時間。        三、HyperWorks 對此類薄板件工藝可成型性優(yōu)化問題探討        產(chǎn)品設(shè)計的一個重要考慮就是其工藝可成型性，而對一個設(shè)計方案提高其工藝可成型性的方法取決于設(shè)計本身、材料和加工條件等多種因素。設(shè)計人員的經(jīng)驗和與工藝人員的溝通無疑非常重要，但是要對一個產(chǎn)品設(shè)計的工藝可成型性進行優(yōu)化卻往往面臨以下幾種困難：        1. 很難判斷一種

8、因素對整體結(jié)果的影響程度；        2. 由于多種因素往往互相作用，導(dǎo)致如何在多個因素的各種組合中找到最優(yōu)解較為困難。        在上面的案例問題中，可以利用 morph 技術(shù)設(shè)定優(yōu)化條件。首先對產(chǎn)品 CAD 模型做必要的工藝修補，但周邊用于壓邊的工藝面不必做出。然后利用 HyperMesh 常規(guī)方法為模型劃分網(wǎng)格，此處不宜使用 HyperForm 中 Rmesh 方法劃分。分網(wǎng)后創(chuàng)建 domains 和handles，利用 Morph 功能為結(jié)構(gòu)設(shè)定各圓角變化及深

9、度變化形狀變量，定義各形狀變量的初始值和變化范圍。同時在 HyperForm onestep 算法中，可以考慮工藝參數(shù)壓邊力的變化。最后在 HyperStudy 中為問題設(shè)定優(yōu)化約束和優(yōu)化目標(biāo)，結(jié)合 HyperForm onestep 算法，經(jīng)過多步迭代計算，可以找到需要的最優(yōu)解。        我們在幾次分析中，嘗試采用了 HyperStudy 優(yōu)化分析方法，得到了一定有指導(dǎo)意義的結(jié)果。但這種最優(yōu)解有時過于保守，可以根據(jù)實際情況，適當(dāng)放大最優(yōu)解。        四，結(jié)語        在對薄板件進行工藝可成型性分析過程中，利用 HyperMorph 技術(shù)對模具特征進行有效的改變，可以幫助