第9.1节钣金CAE10.2（成形过程的计算机模拟）钣金成形模拟技术的发展模拟的意义模拟的主要方法模拟软件的系统结构现有的分析模拟软件系统六、模拟分析的技术路线七、钣金成形数值模拟的发展趋势八、PAMSTAMP简介钣金成形中的计算机辅助技术*成形过程的数值分析与计算机模拟——CAE*模具的计算机辅助设计与制造——CAD/CAM*成形过程与成形设备的数字控制——NC*工艺过程的计算机辅助设计——CAPP*柔性制造与计算机集成制造——FMS/CIMS一、钣金成形模拟技术的发展1、早期的研究2、蓬勃发展时期3、国内的情况1、早期的研究板材成形数值模拟研究始于20世纪60年代，采用有限差分法，所分析的问题都是像圆板液压胀形、半球形冲头或平底冲头下的胀形、拉深成形等较简单的问题。采用有限元法的板材成形数值模拟始见于20世纪70年代，其理论一般采用弹塑性增量理论。2、蓬勃发展时期基础：——计算机技术的发展——有限元技术的成熟特点：——从分散走向集中——研究深度与广度的提高——从研究走向应用3、国内的情况从20世纪80年代后期开始，国内有些学者相继在板料成形数值模拟方面做了一些工作。与国外相比，国内工作落后许多，现正在迎头赶上。二、模拟的意义计算机模拟是向工程技术人员提供的现成的工程分析工具。通过计算机模拟，可以帮助工程技术人员对复杂的成形过程进行深入细致的了解，从而提高主观能动性。虽然理论模型是计算机模拟的基础，然而运用模拟软件的人可以不必完全掌握这一理论。为什么需要仿真?•缩短从设计到产品的周期•减少模具设计的费用•预估工艺过程中各种参数的影响•减少生产的费用•提高产品质量•了解材料性能•减少报废和材料浪费预知加工结果•准确地确定材料的流动过程•确定模具的填充情况•确定成形后的形状•预防材料搭接和其他不良情况•确定工件在变形各阶段的应力，应变和温度的情况•确定最佳的预锻件形状•帮助设计多级锻造的过程预知材料的性能•确定工件成形后的机械性能•确定工件局部的硬度•预测加工受损程度•了解使用不同材料对工件的影响预知模具和压力机械•确定加工中最大的载荷•确定模具在加工中的受力情况•预测模具的磨损和疲劳情况•了解润滑的情况•优化设计模具的形状和装配方法•合理选用压力机械和加工方法仿真能让你抓住加工中难于测试到的细节——提供你对加工过程的更深刻的了解；仿真能让你在计算机上调试你的加工方法！三、模拟的基本方法三种方法：——有限差分法——有限单元法——边界元法——有限差分法主要特点：——差分方法单纯——生成适体曲线坐标较为复杂——可以处理有限域与无限域——现有程序包甚少——有限单元法主要特点：——原理较易掌握——计算量较大——可以处理有限域，难于处理无限域——边界元法主要特点：——要求数学知识较多——计算量较少——可以处理有限域与无限域现有程序包较少四、模拟软件的系统结构前置处理模块管理模块分析计算模块后置处理模块1、前置处理模块——基本功能根据模拟对象的几何模型自动生成有限元网格——目的提高数据效率，消除数据准备中的错误——输入元素类型、各部位划分网格的疏密度——输出元素与结点编号、元素与结点的对应关系、结点坐标2、分析计算模块——基本功能计算材料各部位在成形中的运动计算应变/应变速度及其分布计算应力及其分布计算温度场及其效应计算稳态与非稳态问题——目的计算成形中发生过薄、拉断、起皱的可能与部位计算回弹与残余应力计算表面完整性计算成形载荷与能耗——输入材料性质载荷与位移边界条件——输出结点坐标元素的应变/应变速率状态元素的应力状态元素的温度。3、后置处理模块——基本功能将分析所得的大量数据转化为二维或三维的线条图或着色图——目的使计算结果与模拟对象的几何模型直接联系计算结果直观生动，易于应用——输入显示内容显示形式——输出相应的图形4、管理模块——基本功能模拟的总控制——目的按预定步骤调动个模块设置接口与其他系统连接——输入程序指令——输出五、现有的分析模拟软件系统板材成形是一个十分复杂的力学过程。Pam-Stamp、MARC、ABAQUS、ITAS-3D、MTLFRM、ROBUST、OPTRIS、Fastform、Dynaform等商品化、实用化软件。静态隐式算法的：MTLFRM、MARC静态显式算法的：ITAS-3D、ROBUSTD动态显式算法的：Dynaform、Pam-Stamp——主要研究方向：有限