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第一部分 金属板成形基础理论3

第1章 绪论3

1.1 有限元技术发展概述3

1.1.1 有限元理论发展历史简述3

1.1.2 有限元程序发展历史简述4

1.2 板料成形FEM发展概述6

1.3 主要板料成形模拟软件简介9

1.4 板料成形数值模拟关键技术11

1.5 板料成形数值模拟所能解决的主要问题12

1.6 板料成形数值模拟的发展趋势16

思考与练习17

第2章 板料成形数值仿真有限元基础18

2.1 有限元计算的要点和特点18

2.2 有限元计算与板料成形模拟19

2.2.1 显式有限元计算与隐式算法20

2.2.2 显式与隐式算法的优势与缺点21

2.2.3 显式算法在板料成形模拟方面的应用23

2.2.4 隐式算法在板料成形模拟方面的应用25

2.2.5 两种算法的比较27

2.2.6 PAMSTAMP2G求解器27

2.3 板成形中壳单元基本概念28

2.3.1 单元的3个基本概念：自由度、阶数和积分28

2.3.2 壳单元的厚向数值积分29

2.3.3 缩减积分的壳单元与沙漏29

2.3.4 板成形中壳单元类型31

2.3.5 合适的壳单元形状32

2.4 板成形模拟中的接触处理33

2.4.1 板成形分析中的接触搜索方法34

2.4.2 板成形分析中的接触力计算方法36

2.4.3 罚函数接触算法36

2.4.4 拉格朗日接触算法37

2.4.5 非线性罚函数接触算法38

2.4.6 自接触算法39

2.4.7 PAMSTAMP2G中接触算法与模具自由度的关系40

2.4.8 摩擦系数40

2.5 自适应网格优化41

2.5.1 单元自适应优化概念42

2.5.2 单元自适应优化在PAMSTAMP2G中的参数设定43

2.6 拉延筋44

2.6.1 真实拉延筋与虚拟拉延筋44

2.6.2 虚拟拉延筋在PAMSTAMP2G中的设定46

2.7 单位匹配50

思考与练习50

第3章 板料成形的力学基础51

3.1 概述51

3.2 板料成形有限元仿真中常用到的塑性力学概念51

3.2.1 基本塑性力学概念51

3.2.2 厚向异性系数r53

3.2.3 应变强化指数n值54

3.3 板料成形有限元仿真中用到的材料模型55

3.3.1 屈服准则的基本概念55

3.3.2 常用各向异性材料的屈服准则56

3.3.3 材料的强化模型57

3.3.4 材料应力应变关系59

3.3.5 PAMSTAMP2G中用到的材料模型59

3.3.6 PAMSTAMP2G中材料参数设定60

3.4 板料的成形极限图62

3.4.1 成形极限图的概念62

3.4.2 成形极限理论方法和经验公式63

3.4.3 PAMSTAMP2G中的成形极限图64

思考与练习66

第二部分 金属板成形有限元模拟入门69

第4章 金属板料成形模拟解决方案PAMSTAMP2G69

4.1 金属板料成形模拟软件PAMSTAMP2G的功能69

4.2 金属板料成形模拟软件PAMSTAMP2G的作用71

思考与练习72

第5章 PAMSTAMP2G环境及操作73

5.1 概述73

5.2 PASMTAMP2G界面基本结构73

5.2.1 菜单栏73

5.2.2 工具栏75

5.2.3 控制工具框75

5.3 对象的创建、修改与选择77

5.3.1 对象的基本操作78

5.3.2 对象中要素的选择79

5.3.3 对象的修改81

5.4 PAMSTAMP2G操作结构81

5.5 常用工具84

5.5.1 曲线定义84

5.5.2 方向定位向导85

5.5.3 网格尺寸向导86

5.6 PAMSTAMP2G常用文件格式87

思考与练习88

第6章 典型金属板料成形过程模拟89

6.1 概述89

6.2 金属板成形有限元分析的基本流程89

6.3 PAMSTAMP2G成形过程快速设定宏91

6.3.1 成形过程快速设定宏简介91

6.3.2 成形过程快速设定宏基本结构92

6.3.3 基本操作流程96

6.4 Example1—双动板料冲压成形过程模拟96

6.4.1 双动板料冲压成形过程模拟的学习目的97

6.4.2 双动板料冲压成形过程模拟基本流程97

6.4.3 方形盒几何模型的导入与网格生成过程98

6.4.4 成形过程快速设定宏模板和对象确定111

6.4.5 计算进程控制条与全局参数设置113

6.4.6 压边进程参数设定115

6.4.7 冲压进程快速设定116

6.4.8 模具运动情况预览119

6.4.9 求解器设定119

6.4.10 提交计算120

6.4.11 结果分析122

6.4.12 完整双动冲压模拟过程简介127

思考与练习129

第三部分 金属板成形有限元模拟进阶133

第7章 CAD模型导入与网格划分133

7.1 CAD模型网格划分概述133

7.2 CAD模型网格划分主要步骤133

7.3 CAD模型导入135

7.3.1 CAD曲面模型质量预检查135

7.3.2 CAD通用格式转换135

7.3.3 CAD模型导入及参数137

7.4 CAD模型的拓扑连接138

7.4.1 连接参数定义138

7.4.2 拓扑连接检查140

7.4.3 完整的拓扑连接过程141

7.5 CAD模型网格划分142

7.5.1 网格划分参数设定142

7.5.2 网格划分的高级设定145

7.5.3 网格结果检查147

7.6 网格再生成151

7.6.1 网格曲面检查151

7.6.2 网格重划分准则152

7.7 板料网格生成152

7.7.1 板料网格生成模式152

7.7.2 板料网格对象及大小定义154

7.8 模面网格快速派生155

7.8.1 模具偏置方案156

7.8.2 偏置对象确定157

7.8.3 偏置参数设定157

7.8.4 使用流程158

7.9 导向板与定位销网格生成158

7.9.1 导向板与定位销159

7.9.2 导向板与定位销创建流程及注意事项160

7.10 网格手动操作161

7.10.1 Translation161

7.10.2 Rotation161

7.10.3 Symmetry161

7.10.4 Offset162

7.10.5 Scaling162

7.10.6 Autopositioning162

7.10.7 Projection162

7.10.8 Divide/split162

7.10.9 Wallscreation163

7.10.10 Trimming163

7.10.11 Extrusion164

7.10.12 Delete164

7.11 网格倒角164

7.11.1 Constant划分165

7.11.2 Single划分165

7.11.3 Interpolated划分166

7.11.4 Bypropagation划分166

7.11.5 倒角划分定义显示选项166

7.11.6 倒角网格划分设定166

7.12 Example2—汽车结构件几何模型的导入与网格生成167

7.12.1 模型设定和分析流程168

7.12.2 几何模型导入168

7.12.3 底模网格区域划分171

7.12.4 冲压方向设定173

7.12.5 凸模与压边圈生成173

7.12.6 板料生成174

7.12.7 导向板生成175

思考与练习176

第8章 对象与属性177

8.1 概述177

8.2 进程177

8.3 对象与属性178

8.3.1 对象的优先级179

8.3.2 对象的类型179

8.3.3 对象的属性180

8.4 对象属性简介182

8.4.1 全局属性182

8.4.2 具体进程属性184

8.4.3 整体对象属性191

8.5 Example3—单向拉伸试验模拟分析197

8.5.1 单向拉伸模拟目的197

8.5.2 单向拉伸模拟基本流程198

8.5.3 材料属性定义198

8.5.4 创建新项目200

8.5.5 导入几何模型200

8.5.6 分析对象创建201

8.5.7 成形过程对象及属性设定203

8.5.8 提交计算207

8.5.9 后处理分析207

8.6 Example4—汽车结构件冲压成形模拟分析208

8.6.1 分析基本流程209

8.6.2 已有项目打开与进程列表激活209

8.6.3 设定全局进程对象及其全局属性209

8.6.4 具体进程对象及其属性设定210

8.6.5 计算提交220

8.6.6 后处理分析220

8.7 Example5—冲压成形模拟中重力变形和回弹计算分析225

8.7.1 Gravity分析流程及设定225

8.7.2 Springback分析流程及设定228

8.7.3 提交计算230

8.7.4 回弹计算补充1—修边线231

8.7.5 回弹计算补充2—重计算233

思考与练习233

第9章 PAMSTAMP2G冲压成形模拟回弹补偿235

9.1 回弹补偿模块概述235

9.2 PAMSTAMP2G回弹补偿模块236

9.2.1 基本参数设定模块237

9.2.2 自动补偿计算迭代设定238

9.2.3 位移锁定模块238

9.2.4 冲压求解设定模块238

9.2.5 求解器设定模块239

9.2.6 其他设定模块240

9.3 Example6—汽车结构件冲压回弹补偿计算240

9.3.1 基本分析流程240

9.3.2 项目打开240

9.3.3 回弹补偿参数设定240

9.3.4 回弹补偿后处理241

9.3.5 回弹补偿后的模具Die型面CAD输出243

思考与练习245

第10章 PAMSTAMP2G钣金件展开反求246

10.1 钣金件展开概述246

10.2 钣金展开反求基本原理简述246

10.3 钣金展开学习目标247

10.4 Example7—基于快速设定宏的钣金展开248

10.4.1 基于快速设定宏的钣金展开基本流程248

10.4.2 钣金展开项目创建与CAD文件导入248

10.4.3 钣金展开模拟局部坐标系对象创建249

10.4.4 钣金展开快速向导宏设定250

10.4.5 钣金展开求解器设定253

10.4.6 计算提交253

10.4.7 钣金展开结果分析254

10.5 Example8—基于对象属性的翻边展开254

10.5.1 基于对象属性的翻边展开基本流程254

10.5.2 翻边展开项目创建255

10.5.3 CAD文件导入255

10.5.4 翻边过程对象与属性设定256

10.5.5 翻边求解和结果分析258

10.5.6 翻边后展开对象与属性设定259

思考与练习261

第11章 模面快速设计Diemaker262

11.1 快速模面设计概述262

11.2 Diemaker基本操作模块与流程263

11.3 Example9—汽车覆盖件模面快速设计265

11.3.1 导入CAD文件265

11.3.2 模型预处理267

11.3.3 压料面设计278

11.3.4 工艺补充面设计280

11.3.5 模面生成293

思考与练习297

第12章 成形过程快速设定宏构建298

12.1 宏设定工具箱简介298

12.2 定义新的宏方法298

12.3 宏创建工具箱构成299

12.4 Example10—创建一个标准的双动冲压过程宏300

12.4.1 板料设定300

12.4.2 宏信息栏定义301

12.4.3 成形中涉及对象定义301

12.4.4 重力进程创建302

12.4.5 压边进程创建304

12.4.6 冲压进程308

12.4.7 修边回弹进程310

12.4.8 宏模板保存311

思考与练习311

第四部分 特殊金属板成形有限元模拟示例315

第13章 内高压橡皮囊成形315

13.1 橡皮囊成形工艺介绍315

13.2 橡皮囊成形过程有限元模型316

13.2.1 橡皮囊成形工艺简化316

13.2.2 橡皮囊成形分析流程317

13.3 Examplel1—基于快速宏设定的橡皮囊成形模拟318

13.3.1 曲弯边件成形模拟基本流程319

13.3.2 项目创建319

13.3.3 几何导入319

13.3.4 成形坐标系建立321

13.3.5 模型定位322

13.3.6 橡皮垫创建322

13.3.7 工作台创建321

13.3.8 橡皮垫边界条件对象创建325

13.3.9 基于快速设定宏的工艺参数设置325

13.3.10 基于属性的计算参数修正328

13.3.11 求解器设定329

13.3.12 提交计算329

13.4 Example12—基于对象属性设定的曲弯边件成形模拟330

13.4.1 分析准备工作330

13.4.2 基于对象属性的成形过程手动设置330

13.4.3 计算提交及结果分析336

第14章 蒙皮拉伸成形过程模拟340

14.1 蒙皮拉伸工艺介绍340

14.2 蒙皮拉伸成形有限元模拟方案341

14.3 Example13—蒙皮拉伸成形模拟示例341

14.3.1 模拟基本流程341

14.3.2 网格模型导入341

14.3.3 有限元对象构建342

14.3.4 材料参数设定343

14.3.5 蒙皮件装夹预弯343

14.3.6 成形过程设定344

14.3.7 回弹计算设定346

14.3.8 计算提交与结果分析346

第15章 型材拉弯成形过程模拟349

15.1 型材拉弯工艺介绍349

15.2 型材拉弯成形建模方案350

15.3 Example14—型材拉弯成形模拟示例351

15.3.1 型材拉弯成形模拟基本流程352

15.3.2 网格模型导入352

15.3.3 有限元对象构建352

15.3.4 材料参数设定354

15.3.5 成形过程设定354

15.3.6 计算提交与结果分析357

第16章 热成形过程模拟361

16.1 热成形过程工艺介绍361

16.2 热成形模拟过程参数说明362

16.2.1 热成形一般介绍362

16.2.2 热成形重要参数362

16.3 Example15—热成形模拟实例365

16.3.1 热成形模拟练习步骤365

16.3.2 热成形模拟详细步骤366

16.4 Example16—热成形模拟示例373

16.4.1 有限元模型建立373

16.4.2 模拟结果分析375

第17章 超塑性成形过程模拟378

17.1 超塑性成形工艺介绍378

17.1.1 超塑性成形理论背景378

17.1.2 超塑性成形工艺及特点379

17.1.3 工程中常用金属超塑性的定义381

17.2 超塑性成形有限元模型简述382

17.2.1 仿真模型建立382

17.2.2 超塑性成形模拟步骤383

17.3 Example17—超塑性成形过程模拟示例384

17.3.1 重力和压边阶段CAD模型导入384

17.3.2 有限元对象构建384

17.3.3 基于成形快速宏的重力和压边求解设置386

17.3.4 对象属性检查和修改388

17.3.5 求解计算389

17.3.6 计算结果网格文件导出389

17.3.7 超塑性成形阶段CAD模型导入389

17.3.8 有限元对象创建390

17.3.9 板料的超塑性材料成形属性定义390

17.3.10 基于超塑性成形宏进行超塑成形求解设置391

17.3.11 对象属性检查和修改393

17.3.12 求解计算393

17.3.13 分析计算结果393

第18章 管弯曲成形过程模拟397

18.1 管弯曲成形介绍397

18.2 Example18—管弯曲成形分析示例398

18.2.1 示例简述398

18.2.2 管弯曲分析的基本流程398

18.2.3 管弯曲工程文件创建399

18.2.4 管弯曲模面设计模块创建399

18.2.5 管弯曲模面设计399

18.2.6 管弯曲模拟的求解设置402

18.2.7 计算提交与模拟结果分析&4.6

第19章 管内高压胀形过程模拟408

19.1 管内高压胀形过程模拟介绍408

19.2 Example19—管内高压胀形模拟示例409

19.2.1 三通管液压成形基本过程409

19.2.2 打开文件410

19.2.3 进程列表410

19.2.4 预览运动情况413

19.2.5 提交计算413

19.2.6 后处理分析413

参考文献416