[發明專利]一種塑性成形數值模擬方法

無效

• 申請號: 200710092856.6
• 申請日: 2007-10-18
• 公開（公告）號: CN101136038A
• 公開（公告）日: 2008-03-05
• 發明（設計）人: 黃少東;劉川林;趙祖德;張志明
• 申請（專利權）人: 中國兵器工業第五九研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 重慶弘旭專利代理有限責任公司
• 代理人: 周韶紅

技術領域

本發明涉及一種塑性成形數值模擬方法，用于對金屬零件塑性成形加工進行數值模擬分析，屬于塑性成形技術領域。

背景技術

采用有限元對金屬零件塑性成形進行數值模擬已成為工藝設計與模具設計的一個有效工具，通過數值模擬可預測金屬流動過程和成形缺陷，應力、應變、損傷、溫度場分布規律，甚至組織變化規律，可預測成形載荷，模具受力、溫度場，對工藝及模具設計有很大的參考價值，它改變了傳統工藝的設計流程，減少了模具試驗次數，大大提高了設計效率及水平，降低了模具、產品開發成本。用金屬塑性成形數值模擬時，在進行完幾何造型后，要進行前處理參數輸入，其過程較為復雜，選擇較多，對技術人員、輸入參數有較高的要求，要求技術人員能較熟練掌握塑性成形基本理論、力學、有限元、金屬塑性加工工藝、模具知識等，要求對輸入參數，即前處理參數有深入的理解，所輸入的前處理參數應準確。否則，模擬精度不高，難以指導工藝及模具設計。目前理論研究人員開展數值模擬由于對生產工藝了解不深入，物性參數、材料模型、摩擦等輸入的參數與實際有一定差距，模擬的結果與實際有較大誤差；企業技術人員則技術水平相對較低，不能全面掌握塑性成形理論、有限元方法等理論，模擬慢，模擬工作開展得少，其模擬的精度也不高(柳玉起，計算機模擬在金屬成形行業的應用和發展現狀，鍛造與沖壓，2005，6)。現有模擬軟件參數如材料模型不全，一方面材料種類少，另一方面對應的不同溫度的模型少，如美國DEFORM軟件，其材料模型只有100余種，且為美國標準材料，我國不少材料的材料模型該軟件中沒有包括，因而有時只能用相近材料模型，從而影響了模擬精度。如何有效地利用有限元數值模擬軟件，提高數值模擬效率及精度，是學術界、工業界的迫切需求。

發明內容

本發明的目的在于針對目前金屬塑性成形數值模擬要求人員技術水平高、模擬精度較低，現有軟件基礎參數不全等問題，提出一種新的基于知識的塑性成形數值模擬方法，編制基于知識的塑性成形數值模擬模塊，該模塊帶有塑性成形數值模擬知識庫，數值模擬模塊獨立于塑性成形數值模擬軟件，可以獨立運行，可將成功案例的前處理參數從知識庫中調出，直接輸入塑性成形數值模擬軟件，也可將前處理參數在知識庫幫助下直接填入，從而降低了對模擬人員的技術要求，縮短了模擬時間，并有助于提高模擬水平。

為實現這一目的，本發明提出一種基于知識庫與塑性成形數值模擬模塊的塑性成形數值模擬方法。首先將其問題特征輸入基于知識的塑性成形數值模擬模塊，通過數值模擬知識庫搜索相似案例。如果有相似案例，則將該案例前處理文件直接調出，直接輸入塑性成形數值模擬軟件，進行塑性成形數值模擬分析。如果沒有相似案例，則可借助數值模擬知識庫幫助將數值模擬前處理參數直接填入再傳給塑性成形數值模擬軟件進行模擬分析。數值模擬分析完成后將前處理參數及模擬結果輸入數值模擬知識庫。

本發明方法的整個過程包括數值模擬案例檢索、前處理參數輸入、數值模擬知識庫案例填充三個步驟：

1.數值模擬案例檢索

對于需要進行塑性成形模擬的問題，先將其問題特征輸入基于知識的塑性成形數值模擬模塊，問題特征可以是產品類型特征、形狀特征、尺寸大小特征、材料特征、成形工藝方法特征，通過在模塊所帶的數值模擬知識庫中進行搜索，尋找相似案例。數值模擬知識庫中包含塑性成形方法基本知識、數值模擬前處理參數知識(其中材料模型要經過實際試驗測試)和數值模擬案例(案例中應包括所模擬零件的幾何造型、所設置的前處理參數和模擬結果，模擬結果包括整個過程的應力場、應變場、溫度場、速度場、應變速率場、金屬流動、損傷、可能的缺陷和成形載荷，數值模擬結果經過試驗驗證)。

2.前處理參數輸入

如果有相似案例，則將該案例從數值模擬知識庫中的前處理文件直接調出，并直接通過基于知識的塑性成形數值模擬模塊輸入塑性成形數值模擬軟件，進行塑性成形數值模擬分析。如果沒有相似案例，則將數值模擬前處理參數通過基于知識的塑性成形數值模擬模塊中的數據表直接填入，填寫時可通過數值模擬知識庫查詢相關知識及案例尋求幫助，數據表填入后將前處理參數直接傳給塑性成形數值模擬軟件，進行塑性成形數值模擬分析。

3.數值模擬知識庫案例填充

數值模擬分析完成后，將數值模擬結果整理，經與試驗對比，符合試驗結果后，將前處理參數及模擬結果輸入數值模擬知識庫，文件格式可用數值模擬軟件所用的格式，也可用數據表、圖片、動畫格式。