基于ABAQUS有限元技术三维展开数据集设计研究.docx

          基于ABAQUS有限元技术三维展开数据集设计研究                    摘要：针对U型大曲率双曲度钣金零件三维展开数据集展开尺寸失真的问题，通过Abaqus有限元仿真技术，基于钣金零件材料属性和有限元求解器，模拟钣金零件成形过程，并对传统三维展开数据集展开尺寸进行修正，得到准确的钣金零件外形展开尺寸在有限元仿真和三维展开数据集设计过程中，结合U型钣金零件结构特点，着重介绍了有限元分析方法和三维展开数据集设计方法，此外，还对三维展开数据集设计注意事项进行了描述关键词：Abaqus；有限元；仿真；三维展开数据集；钣金1 引言三维展开数据集又称展开数模，是指长桁、整体壁板等通过先数控铣切后钣金成形的金属零件或复杂带曲度钣金零件，通过CAD软件将零件腹板面从曲面状态转化成平面状态，并能够直接用于数控铣切或用于钣金成形的制造数据集机加零件先展平加工后成形的制造工艺，由于其毛坯薄、铣削量小、对机床要求不高、加工成本低等优点而广泛应用于现代数字化生产中在这项制造工艺中，三维展开数据集设计是一项关键技术，没有三维展开数据集就没有后续的零件生产现阶段，三维展开数据集设计主要基于CATIA曲面展开模块进行设计，对于大多数零件而言，三维展开数据集展开尺寸能够满足设计尺寸要求，但对于U型大曲率双曲度钣金零件而言，由于零件曲度大，三维展开数据集展开尺寸一般会出现失真情况，导致零件成形后，外缘尺寸产生偏差，影响零件质量。

所以，需要寻找三维展开数据集设计新方法2 传统三维展开数据集设计传统三维展开数据集设计方法首先使用CATIA曲面展开命令将零件曲面展开，然后将结构轴线及边缘线映射到展开平面内，最后，按图纸或零件数模（工程数模）尺寸及位置关系重新设计展平状态传统设计方法主要问题是没有考虑零件材料属性，对于大曲率双曲度曲面极易出现尺寸失真情况，进而影响三维展开数据集设计的准确性3 基于有限元技术三维展开数据集设计3.1 有限元几何模型建立与装配在ABAQUS中进行有限元分析，首先要建立有限元几何模型，几何模型建立主要有两种方式，第一种是通过ABAQUS中的Part模块进行模型的构建，第二种是在CAD软件建立几何模型后，直接导入到ABAQUS中由于ABAQUS建模命令有限以及大曲率双曲度钣金零件建模繁琐等原因，通常不选择在ABAQUS中直接建模，而是采用第二种将CAD软件设计完成的几何模型导入到ABAQUS中的方法来获取几何模型对于大曲率双曲度钣金零件而言，由于曲率较大，为了节省有限元计算时间，需要对零件结构及曲面质量进行分析如果零件为左右对称结构，则可以以对称面为分割基准，取其中一侧零件作为有限元分析对象，有限元分析结束后，再另一侧分析结果对称即可。

如果曲面质量较差，出现曲率不连续情况，则需要对零件待展开曲面进行优化处理，优化可以通过选择合理间距的平行面与待展开曲面相交，得到一系列交线，然后对交线进行光顺处理，最后，再通过光顺后的交线重构曲面，重构后的曲面与原曲面最大间距原则上误差不大于0.01mm待展开曲面通常选择零件的中性层，曲面外形一般取零件的最大投影外形待展开曲面上述处理过程可选择在CAD软件中进行，如CATIA零件几何模型建立后，还要建立工装几何模型，工装模型包括固定平台和移动平台，工装模型建立后，零件待展开曲面和工装模型要全部导入到ABAQUS中，零件待展开曲面零件类型选择可变形体，工装模型选择离散刚体零件待展开曲面和工装模型导入后，需要进行装配，以零件曲面厚度2mm为例，移动平台与固定平台距离为10mm，零件待展开曲面对称面一端与固定平台接触，装配情况见图1图1 零件曲面与工装几何模型3.2 材料属性与工作步设置根据零件材料，设置弹量、泊松比以及应力应变曲线值，在向零件赋予材料界面属性时，要选择壳单元和中性层由于固定平台和移动平台均为离散刚体，所以不需要对其设置材料属性U型大曲率双曲度钣金零件因为曲率原因，曲面展开需要设置两次工作部，第一步为移动平台沿X轴负方向平移8mm，其目的是将零件曲面与平台接触部位展平；第二步为移动平台沿Z轴平移一定距离，使零件曲面展平，见图2所示。

图2 工作步设置3.3 边界条件与接触属性设置对于第一次工作步，需要将零件RP-1边界完全约束，第二次工作步，需要对坐标原点一侧边界进行约束，同时，取消RP-1边界约束接触属性需要对固定平台与零件、移动平台与零件分别设置接触属性3.4 网格划分与作业提交根据零件复杂程度，合理选择网格种子数量，在网格划分过程中，尽量避免出现三角形网格，以免影响有限元计算效率和计算结果网格划分完成后，提交作业进行有限元计算，计算结束后，就可以得到零件展开曲面了有限元仿真结果见图3所示图3 有限元仿真图4 结论通过基于ABAQUS有限元技术三维展开数据集设计研究，采用有限元技术进行三维展开数据集设计的方法，可以准确有效的得到U型大曲率双曲度钣金零件三维展开数据集，解决了该类零件三维展开数据集展开尺寸失真的问题，提升了三维展开数据集设计质量和设计效率，其设计方法具有广泛的应用前景参考文献[1] 窦凤楼,李健,袁杰. 基于液压成形的钣金件实验与仿真分析[J].锻压技术,2015（10），2015:24-28.[2] 李宝亮,朱健,韩太东,卢秉亮. 航空钣金成型过程的计算机仿真分析[J].沈阳航空工业学院学报,2007,24(5),2007:12-15.  -全文完-。