成形分析软件算法优缺点.doc

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1、有限元分析软件算法采用的单元比较:1)膜单元(MembranceElement):薄膜单元是住型单元，其构造格试简单、对内存要求小而曾经倍受青睐.许多学為如N・M.Wan,56】、S.C.R.H.Wagoner119*5I］等都曾用薄膜单元来分析冲压成形问题。但是，薄膜单元忽略了弯曲效应，考虑的内力仅为沿薄壳厚度均匀分布的平行于中面的应力，忽略弯矩、扭矩和横向剪切，认为应变沿厚度也是均匀分布的，因而只适用于分析胀形等弯曲效应不明显的成形过程.而对弯曲效应非常明显的成形过程进行分析时，采用薄膜单元所考虑的因素就明显不足了⑸•列。Tang^W】还指出了薄膜单元应用于车身覆盖件冲压

2、成形仿真分析的限制条件，即：①模具的压边圈一周必须足平的，且冲压深度很浅，这样弯曲效应可被忽略；②采用薄膜单元无法预测波纹和起皱；③无法分析回弹；④在某些情况下求得的应变可能很不准确。Wagoner给出了在冲压成形分析中使用薄膜单元的判据是(1-1)式中——模具最小圆角半径;t——坯料厚度。因为薄膜理论本身是二维理论，所以薄膜单元只适合于二维成形问题分析。2)实体单元(Solidelement)：实体单元考虑了弯曲效应和剪切效应，而且也是C?型取元，其格式比薄膜单元还要简洁，所以许多学者曾用它进行弯曲、拉深和液压胀形等过程的分析!咲儿由于连续介质理论是三维理论，所以实体单元能

3、够处理三维成形问题『20世纪90簣代中期，希腊学者A.G.Mamalis等人心©采用实体单元，用6DYNA3I)软件对热浸镀锌板(hot-dipgalvaiiisedsteel)和电镀锌板(electm-gal-vanisedsteel)的胀形和拉深问题进行了仿真分析，并与试验结果做了比较，取得了一系列有意义的结果c尽管实体单元被不断使用，但是许多研究者t5^b661都同时指出，采用实体单元进行冲压成形问题的分析，计算时间太长，尤其是像处理车身覆盖件冲压成形这样的复杂三维成形冋题时，其效率过于低下。因此，除非板料厚度较大而必须使用实体单元外，在像覆盖件这样复杂零件的冲压成形仿

4、真分析中一般不用实体单元。1)壳单元(ShellElement):幕于板壳理论的壳单元既能处理弯曲和剪切效应，又不像实体单元那样需要很长的计算时间，而冃板壳理论本身就是研究薄板三维变形行为的理论工具。因此，在车身覆盖件冲压成形有限元仿真分析中常常采用壳取元。壳单元大致可以分为二类⑹〕：一类是基于经典Kimhhoff板壳理论的壳单元;另一类是基于Mindlin理论的壳单元。前者需要构造C连续性的插值函数。我们知逍，在二维问题中构造C'连续性的插值函数已经非常复杂，在三维问题中构造a连续性的插值函数是极其闲难的，构造岀的壳单元也是非常繁琐、效率很低的。由于这个原因，在冲压成形有限

5、元仿真分析中几乎不采用基于KirrhhofF板壳理论的a型壳单元。基于Mindlin理论的壳单元采用位移和转动独立插值的策略，从而将构造C1连续性插值函数的复杂问题转化为构造0连续性的插值函数，使问题得到简化。此外，基于Mindlin理论的売单元族中包含着一类格式非常简单、非常流行的从C型实体单元蜕化来的蜕化壳单元。由于这些优点，使得基于Mindlin理论的壳单元在冲压成形有限元仿真研究中被广泛使用。当采用位移和转动独立插值的基于Mindlin理论的壳单元时，有限元系统的系统刚度矩阵K可表示为弯曲应变项对应的刚度矩阵和剪切应变项或薄膜应变项对应的刚度矩阵虽之和，即当采用全积分

6、（fullyintegration）时，不能保证Ks的奇异性,.从而导致虚彳的剪切应变能项或薄膜应变能项，即发生所谓的剪切闭锁或薄膜闭锁（shearlockingormembranelocking）,严重影响计算的准确度。许多学者对这一问题进行了研究，提出了降阶积分（reducedintegration）方案来保证K■的奇异性，从而避免了剪切闭锁或薄膜闭锁现象。但是，采用降阶积分方案保证了瓦的奇异性,同时可能会导致K的奇异性，从而导致“砂漏"（即零能模式）出现，产生虚假解。为了避免这种情况，必须进行有效的砂漏控制。为此，以研究有限元分析中的数值算法而闻名于世的MIT的K.J・

7、Bathe教授崗提出了假设应变场（assumedstrainfield）的方法；该方法既保证了瓦的奇异性，又保证了K的非奇异性，从而有效地避免了各种闭锁现象和砂漏现象。近年来，人们基于Mindlin理论，采用各种有效方法避免闭锁和砂漏现象.开发了多种用于冲压成形有限元仿真分析的C0型壳单元，BelytschkoTsay壳单元（简称BT壳单元）就是其中计算精度和效率郁很高的一种。用BT壳单元来建立覆盖件冲压成形中坯料的有限元模型是非常合适的。以上为分析算法中采用的膜单元、壳单元、实体单元的优缺点比较。有限