武汉工业学院学士学位论文
3 有限元软件dynaform综述
3.1 基本简介
目前，板料成形分析CAE软件很多，有美国最大的有限元分析软件公司之一ANSYS
公司开发的ANSYS，能与多数CAD软件接口，实现数据共享和交换，有瑞士联邦工学院开发，后来成立了AUTOFORM ENGINEERIN公司开发的AUTOFORM，它是一款采用静态隐式算法求解及全拉格朗日理论的弹塑性有限元分析软件，以及由我国吉林大学汽车覆盖件成形技术研究所与吉林金网格模具工程研究中心开发的KMAS软件，还有美国ETA公司和LSTC公司联合开发的用于板材成形模拟仿真的专用软件，选用DYNAFORM软件对车门冲压成形数值模拟，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。
eta／DYNAF0RM软件是由ETA公司研制的基于LS-DYNA的板金冲压分析软件包，它把LS—DYNA、LS—NIKE3D强大的分析能力与eta／FEMB的流程化前后处理功能结合起来。eta／DYNAFORM分析的求解器是LS—DYNA和LS—NIKE3D，这两个程序是通用的、非线性的、动态的有限元分析程序，利用显式和隐式计算方法来解决结构及流体等问题，已经成功地应用于板金冲压的数值模拟。DYNAFORM的主要功能包括分析拉伸、成形、弯曲、翻边、切边等板料成形过程中的不同工序，也可以进行多步成形(或多工序加工)分析。通过用户已定义好的冲压工艺及模具曲面形状来预测成形状态，其中包括减薄拉裂、起皱、回弹等各种问题；同时可以对成形力、压边力、拉伸筋、模具磨损等各种工艺问题进行分析，以便优化工艺和模具设计。DYNAFORM的核心技术包括以下几个方面：①动力显式积分算法；②板壳有限元理论的研究；③本构理论和屈服准则(材料模型)；④接触判断算法和网格细化自适应技术；⑤多工步成形模拟技术；⑥ CAD／CAM软件和成形过程模拟CAE软件之间的数据转换技术；⑦ 建立有限元模型的若干技巧；⑧ 板材冲压成形模拟的一般过程。其主要特点包括前处理，求解器，后处理。
3.1.1 DYNAFORM前处理
DYNAFORM具有功能丰富的前处理功能。首先，它具有强大的图形文件导入功能，
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能够方便而无数据丢失地读入IGES格式文件以及UG，PRO/E，CATIA等主流CAD软件的图形文件，同时用户也可以在DYNAFORM中很方便地创建点，线，面等几何模型。做到从导入几何模型开始到计算结果的获得，无须用户再借助其他工具就可以方便地完成。其次，DYNAFORM具有强大的网格自动剖分功能。它不但可以得到高精度的工具网格，也可以产生出用户所需的四边形网格和三角形网格。用户只需要输入简单的控制参数就可以快速地获得复杂几何曲面网格，并且得到的网格质量非常高，使用户无须花费更多的时间对网格进行再修复，节省了大量的时间。再次，DYNAFORM中的最具需要导入产品曲面，DFE模块可以完成网格剖分，网格边界自动光顺，对称的定义，法兰的展开，冲压方向的调整，内部孔洞的自动补充，各种复杂压料面的产生，压料面的裁剪，各种工艺补充面的设计，拉延筋的设计和网格划分，载荷曲线的定义，模具的定位等一系列功能。方便用户在得到分析结果后对产品零件进行反复修改的操作过程。最后，DYNAFORM中的BSE模块，可以帮用户快速地设计出坯料的形状，并且根据用户的要求提供各种实际应用中常用到的排样结果报告，做到充分利用材料，提高材料的利用率，节约成本。
3.1.2 DYNAFORM求解器
DYNAFORM的求解器采用了业界非常著名的非线性动力显示有限元分析软件LS-DYNA。LS-DYNA是采用显隐结合的算法进行板料成形模拟的最具有代表性的软件。它采用动力显示求解器模拟冲压成形过程，计算效率高，稳定性强。同时LS-DYNA近几年来加强了隐式算法的开发，并且实现了显，隐式无缝集成的功能，在完成冲压分析后，自动切换到隐式求解器进行回弹分析。在回弹分析过程中，可以采用大的时间步长，提高回弹的计算效率。LS-DYNA包括丰富的材料模型和单元模型，用户可以根据实际冲压的材料选择合适的材料模型和单元类型。此外，LS-DYNA的接触分析功能强大，现在具有40多种接触类型可以求解下列接触：变形体对刚体的接触，变形体对变形体的接触，变形体对刚体的接触，刚体对刚体的接触，板壳结构的单面接触，与刚性墙接触、变形体对刚体的接触、刚体对刚体的接触、板壳结构的单面接触等。因此，借助LS-DYNA强大的求解能力，显式加载隐式卸载等。LS-DYNA是目前业界公认的板料成形模拟结果准确性最好的软件之一[13]。
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3.1.3 DYNAFORM的后处理
ETA-POST是ETA公司开发的一款专门争对DYNAFORM的后处理软件。它可以方便用户直观地得到求解结果。用户可以用云图显示板料变形后的应力、应变信息，材料的厚度分布信息等。用户可以通过定义任意截面，得到截面上的各种结果信息。在ETA-POST中新增加的GRAP模块，使用户可以利用曲线图表功能显示拉深过程中各种参数随时间变化的曲线，如界面力的变化、拉延筋阻力的的变化、拉深力曲线等。
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4 汽车门外板的坯料展开仿真过程设计
4.1 车门外板的结构及加工工艺简介
车门外板是一种平坦的浅拉伸件，材料一般为08AI或合金钢材，料厚不超过1mm的板材，要求外表面光顺平滑，棱线清晰，周边尺寸精度为0.7mm，刚性好。产品轮廓图如图4.1，由于零件成形时凸模表面与毛坯以大平面接触，由于平面上的拉应力很低。材料得不到充分的塑性变形，这对增强零件的刚性不利。在产品a处，为车外观造型而设置的装饰线容易使零件表面边缘在成形过程中产生表面不平。在产品b处，由于内缘翻边较高(H=20mm)，如果不采取措施而直接翻边成形，该处零件表面易出现不平；在门扣手C处。由于深度及形状是决定其周围表面质量的主要因素，且此处在成形过程中材料的变形属于胀形，如果外界材料的补
图4.1 车门外轮廓图
充不充分，则零件表面易在此处破裂。在临近窗口的下部a处，加反拉伸的凹坑，可以吸收多余的材料，有利于制件表面松驰现象的消除。在零件的下部内缘翻边处,若拉伸时材料未充分变形，翻边后会出现零件表面不平。
综上所述，汽车外车门成形工艺研究主要是翻边，翻边是利用模具把板料上的孔缘或外缘翻成竖边的冲压工艺，翻边工艺可加工形状较为复杂且有良好刚体的立体制件，还能在冲压件上制取与其他零件装配的部位（如螺纹孔和轴承孔等）.翻边可以替代某些复杂零件的拉深工序，改善材料塑性流动以免发生破裂或起皱。用翻边代替“先拉深后切底”的方法制取无底零件，可减少加工次数，并节省材料。孔翻
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边的工艺参数，翻边底孔的粗糙度直接影响工件质量，如孔边有毛刺存在，就会导致翻口的破裂。因此，冲压的方向直接影响翻边的工艺性。
车门外板在冲压翻边过程中会出现很多的问题，这将直接影响产品的成型性能，对其翻边工艺进行成型工艺仿真主要是模拟产品在生产过程中可能发生的问题，通过仿真试验改进生产工艺和模具从而有效的避免不当设计的发生，试验研究的主要内容是根据成型工件在DYNAFORM软件中成形极限云图和厚度变化图以及应力分布情况来检测车门的外观造型，材料选择和成形参数是否合理。然后确定坯料尺寸。
4.2 研究的具体方法
4.2.1 建立汽车外门板的几何模型
根据车门的总体尺寸用三维软件PRO/E绘制汽车车门外板的模型，车门靠近轮胎部位的冲压翻边深度为20mm如图a部位,车窗及拉手部位如图b部位的冲压翻边深度为5mm,翻边的方向相同,模型如图4.2 所示：
图4.2车门外板模型
模型绘制完毕后并转换为曲面IGES格式保存,设置文件名为CHEMEN_MODELL.iges
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