武汉工业学院学士学位论文
器、丰富而实用的非线性材料库，ADINA还同时具有隐式和显式两种时间积分方法。
1.3.4 由单一结构场求解发展到耦合场问题的求解
有限元分析方法最早应用于航空航天领域，主要用来求解线性结构问题，实践证明这是一种非常有效的数值分析方法。而且从理论上也已经证明，只要用于离散求解对象的单元足够小，所得到的解就可足够逼近于精确值。现在用于求解结构线性问题的有限元方法和软件已经比较成熟，发展方向是结构非线性、流体动力学和耦合场问题的求解。例如由于摩擦接触而产生的热问题，金属成形时由于塑性功而产生的热问题,需要结构场和温度场的有限元分析结果交叉迭代求解，即\\热力耦合\\的问题。当流体在弯管中流动时，流体压力会使弯管产生变形，而管的变形又反过来影响到流体的流动……这就需要对结构场和流场的有限元分析结果交叉迭代求解，即所谓\\\流固耦合\的问题。由于有限元的应用越来越深入，人们关注的问题越来越复杂，耦合场的求解必定成为CAE软件的发展方向。
1.3.5 程序面向用户的开放性
随着商业化的提高，各软件开发商为了扩大自己的市场份额，满足用户的需求，在软件的功能、易用性等方面花费了大量的投资，但由于用户的要求千差万别，不管他们怎样努力也不可能满足所有用户的要求，因此必须给用户一个开放的环境，允许用户根据自己的实际情况对软件进行扩充，包括用户自定义单元特性、用户自定义材料本构（结构本构、热本构、流体本构）、用户自定义流场边界条件、用户自定义结构断裂判据和裂纹扩展规律等等。
关注有限元的理论发展，采用最先进的算法技术，扩充软件的能，提高软件性能以满足用户不断增长的需求，是CAE软件开发商的主攻目标，也是其产品持续占有市场，求得生存和发展的根本之道[8]。
1.4 研究内容、方法、手段
本课题主要研究内容包括以下几个方面： 1.通过有限元软件DYNAFORM对冲压成形过程的仿真选择适合的材料。2.利用DYNAFORM的BSE模块精确的计算毛坯的外形尺寸。3.分析车门外板在冲压成型过程中可能会出现的局部减薄破裂、增厚起皱现象。
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通过以预测，可以有效的提高产品的生产效率，减少单件的生产成本。
本课题选用DYNAFORM软件对车门冲压成形进行数值模拟，因为DYNAFORM对用户的工程背景及理论知识要求并不高，具有界面友好和方便以及操作流程自动的特点。图1.1是应用DYNAFORM进行车门冲压成形模拟分析的方法过程。
从PRO/E软件读入几何模型（IGES） ↓ 有限元网格划分并进行模型检查(M0dd Check) ↓ 定义成形工具 ↓ 生成毛坯 ↓ 设置成形参数 ↓ 求解器计算 ↓ 后置处理，分析计算结果得到排样、应力应变和厚度云图 图1.1 DYNAFORM软件车门外板成形分析流程图
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2 板料成形有限元模拟的基本理论及方法
2.1 绪论 有限元法(Finite Element Method)是随着计算机技术的发展而出现的一
种有效的离散数值计算方法[10]。目前在很多领域得到了广泛应用，从力学领域发展到电磁学、热传导、流体力学和材料科学等领域。板料塑性成形是利用金属板料在固体状态下的塑性，通过模具以及外力作用而制成零件的一种加工方法，与切削加工等方法相比，板料塑性成形不仅具有更高的生产效率，而且能获得更高的材料利用率。随着计算机技术的发展，数值模拟方法越来越显示出巨大的优越性。为分析板材成形过程的成形缺限问题提供了一种崭新有效的方法。
2.2 板料成型有限元模拟的基本方法
数值模拟方法是建立在塑性成形过程力学分析的基础之上的。目前塑性成形的过程分析方法主要可分为两大类：一类是近似的解析计算方法，其中包括主应力法，滑移线法，界限法，功平衡法等。这类方法一般用来计算成形过程所需的力和能。其优点是简便易行并能得到问题的解析解，但只适宜于简单的成形问题。另一类数值成形方法，其中包括有限差分法，有限元法和边界元法。这类方法能用于获得金属塑性成形过程中应力、应变、温度分布和成形缺陷等的详尽的数值解，能用于十分复杂的成形过程。有限元法是目前进行非线性分析的最强有力的工具，因此也已成为金属塑性成型过程模拟的最流行的方法。
2.2.1 塑性材料基本假设
金属塑性成形过程中，材料塑性变形的物理过程相当复杂。为此必须做出一些假设，即把变形中某些过程理想化，以便于从数学上进行处理。对刚塑性/刚粘塑性材料的基本假设如下;
(1)忽略变形材料的弹性变形; (2)材料均质，各向同性; (3)材料体积不变; (4)不计体力和惯性力;
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(5)材料的变形流动服从Levy-Mises流动法则。
2.2.2 板料成型的理论计算过程
汽车外门板成形工艺主要有翻边冲压，翻边时的负载曲线可从保证板坯边缘危险段的变形速度恒定条件计算。过程可分成两个阶段：① 形成边缘的圆柱段前；② 形成边缘的圆柱段。这时假设，变形源不扩展到板坯与凸模的接触区内，而在第一阶段传递摩擦力区可保持原始板坯的型面。同样假设，边缘的母线长度在整个过程期间为恒定。所采取的假设和在其基础上形成的翻边计算公式已被实验结果证实。在理论分析的基础上得出了下列关系式，它可确定变形速度v、应变力E变凸模几何参数的相互关系：
对第一阶段:
和
………………………………2.1
对第二阶段：
……………..2.2
式中 r— — 预孔半径
H— — 凸模行程 r—— 孔边的流动半径 h=(v／E)lnr
R —— 翻边后的半径
?1边.f —— 描述凸模母线函数的反函数
图1所示为用不同形状端头的凸模翻孔时的负载曲线。对参数H和r解方程2.1和2.2后，当应变速度恒定时变形速度的恒定可通过优化凸模端头的形状来达 到。图2所示为对不同速度条件描述凸模最佳母线的函数。
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图2.1 用不同形状端头的凸模翻边时的负载曲线图
图2.2 描述凸模最佳母线的函数
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