CAE与CAD的冲压件集成分析
11页1、由于成形机理的复杂性,中压件产品设计、工艺设计和模具设计在很大程度上都是凭经 验进行的,要经过多次试模和修改才可能获得比较合理的设计结果,致使产品开发周期长、 成本高。为了提高设计质量,CAD和CAE逐步得到了广泛的应用,但两者主要是孤立地应 用的。随着产品开发集成化、并行化的发展要求,实现CAD/CAE集成己成为迫切需要解决 的问题。为此,不少国际著名的CAD软件商都在其CAD系统中嵌入CAE模块,而CAE 软件也在不断加强其造刑功能及前后置处理功能,努力使CAD与CAE逐渐融合在一起。 但前者的分析功能一般较弱,而后者的分析结果又很难直按反馈给CAD系统,用以指导设 计。由于两者间的通信主要是基于几何层,信息的交换离不开大量烦琐的人工处理,很难实 现由设计到分析再到指导设计的集成化与并行化。为了探索冲压件CAD/CAE集成的途径,开究了板金成形产品与工艺并行设计系统,原 型系统由有限元分析模块、MATLAB数学与图形软件包和基工知识的设计模块组成,其中 基于知识的设计模块由知识库和并行设计环境组成;以商品化CAD系统作为软件平台,通 过扩充CAD系统的部分功能,并嵌入自行开发的有限
2、元分析模块,实现CAD与CAE集成, 以支持板金件并行设计。这些方法论证了 CAD与CAE集成化与并行化的可行性,但需要 投入大量的人力、物力去重新开发CAE模块。本文着重讨论现有商品化CAD与CAE系统的集成问题。由于特征是产品开发过程中 推理、决策的基本对象,可起传递设计信息的载体作用。因此,本文通过建立基于特征的集 成化产品信息模型,研究基于特征的CAE建模技术和基于特征知识的智能化后处理技术, 并利用特征的桥梁作用,结合领域知识和人工智能技术,基于现有商品化CAD与CAE系 统,实现冲压件CAD/CAE的系统集成。1基于特征的CAE建模技术设计模型和分析模型是同一个对象的两个不同应用特征集,由设计模型出发建立CAE 分析模型的过程称之为设计特征向分析特征的映射,主要内容包括:基于特征的几何模型简 化、载荷与边界条件处理和网格划分等。研究特征映射机制,实现基于特征的启发式自适应 分析建模对提高CAE分析计算的质量与效率具有重要意义。1.1基于特征的几何模型简化几何模型简化包括降维处理、对称性简化和删去那些对计算影响不大的细节特征:如倒 角、小孔等)。根据经验知识并结合设计特征的几
3、何计算和载荷与边界条件分析可判断哪些对象可以 降维处理。例如,当零件的长、宽尺寸远大于厚度尺寸时,可以按板料零件处理,用零件表 面或中面代替实体零件,并用具有截面性质的杆单元表示拉延筋等。详细论述了基于中面表 示的冲压件特征造型技术,以及中面模型与实体模型的转换算法。对称性简化可首先直接根据基于特征的产品信息模型中记录的有关特征的剖面轮廓、定 位关系以及生成方法(拉伸、扫掠、复制等)等信息判断分析对象的对称性,并求得对称线(轴) 或面。然后根据其载荷、约束等边界条件作用的位置、方向、大小等检测、判断它们是否关于几何对称线或面对称。如果是,则分析对象具有对称性,可以实施对称性简化,图1表 示冲压件分析模型的对称性简化流程。冲压用菇析離型刈狩性陋二凸.凹模的对榦性筒忧算法支苗空潮儿阿闊搭.的对娠榜求解 扛療轨豆塚嚴而| 轮犀懂对孩件玄解| 矩羽、鬪危险祁I图1冲压件分析模型对称性简化流程图1.2基于特征的载荷及边界条件处理在现有的有限元分析软件中,载荷及边界条件的处理基本上都是人工进行的。由于在基于特征的产品信息模型中,记录了各零件或特征的功能、装配关系、约束条件等信息,对在CAE分析中合
4、理处理载荷与边界条件具有重要指导作用。例如,对起散热或加强作用的肋 片特征,可根据其功能、特征关系、特征体积和材料密度等映射为均布载荷等。因此,将特 征技术引入到分析模型的载荷及边界条件的处理中,可以提高载荷及边界条件处理的自动 化,减少人工建模的工作量与人为差错。在冲压工艺中,冲压产品是板料在凸、凹模的共同作用下成形,载荷与边界条件表现为 凸凹模、压边圈等对工件的作用。凸、凹模的形状就是板料加工过程中的边界约束,而受载 是在凸、凹模的相互作用、运动过程中产生的,可根据每一工序过程前后工件的形状特征信 息确定凸模的初始作用位置(即载荷作用的初始位置)和凸、凹模对板料边界约束的深度和最 终约束形状。这样由于凸凹模的形状是由冲压工艺决定,而冲压工艺又取决于产品形状,因 此,根据产品的特征信息,结合工艺条件(包括冲压力、冲压速度、工具运动定义以及摩擦 条件等)可实现冲压件分析建型过程中载荷与边界条件的自动处理。1.3基于特征的有限元 网格划分网格质量(包括单元形状、网格密度、节点位置等是影响有限元分析计算精度与效率的 关键因素。传统的网格划分主要是根据分析对象的几何形状决定网格划分的疏密程度
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