基于近似模型的拉延筋几何参数反求
汽车覆盖件冲压成形中拉延筋模型及其参数反演研究的开题报告
汽车覆盖件冲压成形中拉延筋模型及其参数反演研究的开题报告一、选题背景和意义汽车覆盖件是汽车外观的重要部分，其外形和质量直接影响了车辆的整体外观和安全性能。
在汽车覆盖件的制造过程中，冲压成形是一种常见的工艺方法。
然而，由于其复杂的形状和变形过程，很难精确地控制冲压成形后的覆盖件形状。
因此，理解冲压成形的过程和规律对于提高汽车覆盖件的质量和生产效率具有重要意义。
其中，拉延筋是影响汽车覆盖件形状的重要因素之一，其形状和分布情况对于预测和控制覆盖件的内部应力和变形具有重要作用。
因此，建立拉延筋模型和研究拉延筋的分布规律是汽车覆盖件冲压成形过程中的重要问题。
同时，工程实践中需要通过反演算法来确定汽车覆盖件冲压成形过程中的未知参数。
因此，开展拉延筋模型及其参数反演研究对于实现汽车覆盖件冲压成形的优化设计具有重要意义。
二、研究目标和内容本文旨在建立汽车覆盖件冲压成形中拉延筋的数学模型，并通过数值模拟和实验研究拉延筋的分布规律和对覆盖件形状的影响。
基于此，本文进一步研究了拉延筋参数的反演算法和其应用。
具体来说，本文的主要研究内容包括以下几个方面：1. 建立拉延筋的数学模型：使用有限元方法建立拉延筋的数学模型，考虑拉延筋的尺寸、数量、分布情况等因素。
2. 研究拉延筋的分布规律：通过数值模拟和实验研究拉延筋的分布规律，分析拉延筋对汽车覆盖件形状和内部应力的影响。
3. 研究拉延筋参数的反演算法：通过优化算法和反演方法研究拉延筋参数的反演问题，实现对汽车覆盖件冲压成形过程中未知参数的的确定。
4. 研究拉延筋反演算法的应用：通过具体案例和应用实例，探究拉延筋反演算法在汽车覆盖件冲压成形中的应用。
三、研究方法和技术路线本文采用有限元方法、数学建模、优化算法等研究方法，具体技术路线如下：1. 确定汽车覆盖件的冲压成形过程中的拉延筋数学模型，分析拉延筋的分布规律和对覆盖件的影响。
2. 在数值模拟和实验研究的基础上，选择合适的优化算法和反演方法研究拉延筋参数的反演问题。
一种等效拉延筋阻力模型及其应用
汽车覆盖件几何形状十分复杂 ，因此难以准确 估计冲压成形过程中板料成形性 ，也难以评价模具 设计的正确性 ，问题只能在模具加工试制后才能暴 露出来 ，这极大地提高了制模成本 ．很多大型的模具 为了获得较好的拉延力 ，需要设置拉延筋 ，通过不断 修正拉延筋的几何参数从而获得所需的拉延力 ．目 前对拉延筋的模拟主要有 ２ 种方式 ：一种是建立拉 延筋的真实几何模型［１］ ，由于拉延筋的几何形状相 对于凸凹模尺寸来说过小 ，这就需要对其网格进行 细化 ，极大地增加了计算量 ，使得仿真计算效率低 ；
Ｔ ａｂｌｅ ２ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ ａｎｄ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ
ｆｏｒ ｄｒａｗ ｂｅａｄ ｆｏｒｃｅ
材料
板厚 ／ 摩擦 试验值 ／ 计算值 ／ 相对误
ｍｍ
系数
ｋＮ
ｋＮ
差 ／％
０
３ ．３ ３ ．２４７ １ ．６
０ ．７６
０ ．０７ ４ ．１ ４ ．３２８ ５ ．７
将上述不同润滑条件下的参数代入拉延筋阻力模型
中进行计算 ，并与 Ｎｉｎｅ 试验结果进行对比 ，如表 ２
所示 ．
表 １ Ｎｉｎｅ 试验所用材料参数
Ｔ ａｂｌｅ １ Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ｉｎ Ｎｉｎｅ ｔｅｓｔ
材料 沸腾钢 Ａ‐Ｋ 钢
Ｋ ／Ｍ Ｐａ ｎ
ｒ Ｅ／ＧＰａ ｍ
力降低率为
η（ｚ ）
＝
２ σｆ
－ σ１ （ｚ ） σ１ （ｚ ）
．
（８ ）
进行对比 ．
根据文献［７］ ，图 １ 所示拉延筋几何尺寸 ：Ｒｇ ＝ Ｒｂ ＝ ５畅５ ｍｍ ，ｈ ＝ Ｒｇ ＋ Ｒｂ ＋ ｔ ，板料宽度 ｗ ＝ ５０ ｍｍ ， 板料流经拉延筋时的速度 ｖ ＝ ８５ ｍｍ ／ｓ ，Ｎｉｎｅ 采用 的试验参数如表 １ 所示 ，润滑条件与文献 ［７］相同 ，
基于数值模拟的油箱底壳拉延筋设置与优化
基于数值模拟的油箱底壳拉延筋设置与优化近年来，随着科学技术的进步，油箱底壳拉延筋的设置及优化研究也受到了越来越多的关注。
油箱底壳拉延筋技术，是一种结构改善和有效控制油箱底壳内外温度变化的技术，其实施程序有利于油箱底壳结构的安全、可靠性和服役寿命。
为了更加有效地应用油箱底壳拉延筋技术，研究者采用数值模拟技术，对油箱底壳拉延筋设置与优化进行细致的研究。
首先，基于数值模拟技术，研究者利用有限元法研究油箱底壳结构的应力分布情况，以便确定合适的拉延筋设置位置。
其次，利用有限元法模拟拉延筋对油箱底壳内外温度变化的影响，并在此基础上就拉延筋数量、位置等参数进行优化，以最大限度地达到控制油箱底壳内外温度变化的有效性。
最后，研究者根据数值模拟结果，利用实验方法，进一步验证模拟结果的准确性，以确保拉延筋的有效性。
在拉延筋优化过程中，研究者采用数值模拟方法充分考虑到油箱底壳结构的应力分布、拉延筋数量、位置以及拉延筋对油箱底壳内外温度变化的影响等因素，从而有效优化油箱底壳拉延筋设置。
研究结果表明，该方法能够有效控制油箱底壳内外温度变化，从而提高油箱底壳结构的安全性和可靠性，提高油箱底壳结构的服役寿命。
综上所述，数值模拟技术的应用，可以有效优化油箱底壳拉延筋的设置，从而最大限度地控制油箱底壳内外温度变化，提高油箱底壳结构的安全性、可靠性和服役寿命。
未来，随着科技的发展，研究者还可以采用更先进的数值模拟技术，研究不同材料的油箱底壳结构，
实现更加精确和细致的拉延筋设置和优化。
板料成形有限元分析中的等拉延筋模型
图5(a )10号工位的实体虚拟装配 (b )20号工位夹具的实体虚拟装配4.2 夹具的简化造型在装配模型中,不但可以准确地反映出零件之间的装配关系,而且可以根据实际装配情况,将外形简化的夹具在其实际装夹位置准确地反映出来。
图5b 为桑车20号工位夹具的实体虚拟装配。
5 结束语综上可知,虚拟装配不但给设计人员带来可视化的效果,而且对于车身设计的合理与否在制造之前可以用虚拟装配检查,减少了实际加工的工作量以及降低了生产成本。
另外,所建CAD 模型还可以用于车身检测数据的准确性和可靠性的评判。
参考文献1 陈关龙.车身覆盖件冲压成形动态仿真的几何建模技术.机械设计与研究,1992(2)2 董洪智.桑塔纳2000型轿车侧框冲压仿真计算机辅助造型建模.锻压机械,1998(4)收稿日期:1999-05-25板料成形有限元分析中的等拉延筋模型200030 上海交通大学 印雄飞 何丹农 彭颖红201805 上海大众汽车有限公司 程惊雷 蒋镜昱 摘要 介绍了提高板料成形有限元分析中采用的几种典型的等效拉延筋模型,并指出了采用等效模型的优缺点及今后的研究方向。
Equ iva len t drawbead m odel i n FEA of sheet for m i ngIn troduce several typ ical equ ivalen t draw bead m odels .Po in t ou t the advan tages and disad 2van tages of these m odels .叙词 板料成形 有限元 拉延筋1 引言拉延筋是板料成形中的重要控制手段。
在生产实际中,为了提高生产率或产品的表面质量要求较高,尽可能要求一次成形,由此模具的表面形状基本已经确定。
这样,拉延筋参数的合理取值及其合理布置则成为控制金属流动、防止出现起皱和破裂的最重要的手段之一。
拉延筋的设计方法是冲压模具设计的关键技术之一。
【doc】基于活动仿射标架反求Nurbs曲线／曲面参数
基于活动仿射标架反求Nurbs曲线／曲面参数1SSNi000—9825JournalofSoftware软件2000.11(1):49～53～基于活动仿射标架反求Nurbs曲线/曲面参数'胡事民L嵛家广塑汪国昭.}12(清华大学国家CAD工程中心北京100084)(清华大学计算机科学与技术系北京100084)(浙江大学应用数学系抗州310027)E—mail:*******************.cn摘要Nurbs齿线/曲面在反求枣敷上的敷值不稳定性,是Nurbs曲线,曲面的致命缺点.谈文介绍了用于参敷曲线/曲面求交的活动仿射标架(movingaffineframe.简称MAF)方法.基于MAF 方法的原理,提出了反求Nurbs曲线/曲面枣敷的一种新方法.谊方法在敷值稳定性和效率上均高于各种传统的选代法,井已应用于商品化三雏CAD系统GEMS5.0.关键词缝型笪盟挂芝誊?N—urbs~?墨芝-肌Tk中图法分类号TP391众所周知,给定参数,计算曲线,曲面的点.在CAGD(computeraidedgeometricdesign)中是最基本的算法.这方面已有许多经典的算法.如B4zier曲线/曲面的deCasteljau算法,Nurbs曲线/曲面的deBoor算法等.这些算法非常简洁.属于割角算法,比较稳定,效率很高～.现在我们考虑其反问题,对于给定曲线/曲面上的点.如何反求其相应的参数值.在几何造型中,反求参数非常重要,这有两方面原因:①在集合运算中.反求参数是必不可少的;②在真实感显示中.为避免实体在交线处出现裂缝,需对三维空间中的交点,反求其参数,以便在离散成三角片时,体的两个面在交线处相吻台.Nurbs方法有许多公认的优点,在CAD及计算机图形学中正获得越来越广泛的应用.但也有许多缺点.正如PieglEa3所总结的:①需要额外的存储以定义传统的曲线曲面{@权因子的不舍适的应用,可能导致很坏的参数化;@某些技术用传统形式可能比Nurbs更好;④某些基本算法.比如反求曲线/曲面上点的参数,存在数值不稳定性.关于反求曲线,曲面参数,传统的方法大多是采用Newton迭代法,效率低,且易出错.本文作者之一在1988年曾提出曲面求交的活动仿射标架(movingaffineframe,简称MAF)法,基于MAF方法的原理,本文提出反求曲线,曲面参数的一种新方法.该方法具有较强的几何直观性,其稳定性和效率均高于传统的迭代法.1MAF方法简介已知参数曲面Sl:=(").M一("L,2)2:Y—Y).口一(口L,z)(1)(2)丰文研究得到国家自然科学基金(No.69902004),国家863高科技项日基金(No.863一fil1-820—017)和国家"九五科技攻关项目基金(No.96一AO1O1_02)资助作者胡事民,1968年生,博士后,酎教授.主要研究领域为计算机辅助设计.计算机图形学.分形几何厦应用.孙寒广.1946年生,教授,博士生导师,主要研究领域为计算机辅助设计与击i造.计算机图形学.盒通光?1934年生,教授.博士生导师.主要研究领域为计算几何.计算机图形学汪国昭,1944年生,教授.博士生导师一主要研究领域为计算几何.计算机图形学.奉文通讯联系^:胡事民.北京100084,清华大学计算机科学与拉木系本文19g8o907收到原稿.199901】2收到修改稿假设已由离散法求得初始交点,如何求取下个交点呢?设初始交点为{Mo,T.),其中Mo为三维空间中的交点,其对应参数为"o一("},"2),口.一(口f,u!);L为该点的单位切矢量,Ta—T亓T,I~T=Nt×N:,Nt和Ⅳ:为s,和sz分别在".和口.处的法向量,Nt一箬×篆,Ⅳ2一芸×面,3Y.cs,先由慨点沿切向T.前进占步长,令P=M+占L,于是有打.一P一%一善篆?△*,(4)则上式两边同时点乘芸,可得到ar.?箬=善(i,3X?箬)n*t,=,.z.cs,于是龇一.RiZ驯厶一悛篙篡舭,△现一占』x,:.xr,x..x,:l/△'其中△一E.G—Fz一(x,1.Xr1).(xr7.xr2)一(xr1.x,2)..同理,可求得AvL,△u2,以Au=(Aul,Au2)和曲一(血.,Av2)作为增量,得到新的参数".一扩+凸"和矿一".+血,,于是得到两张曲面上的点x.∈S.和Y o∈S:.若l蜀一h<e,以垒学作为'】lf.后的下一交点.这里,￡为'求交精度.以上由P求得xo和yo的过程称为球变换.若l蜀一hl>e,则需要迭代惨正.首先由蜀和h得到一点Po.方法如下:过蜀点在S-上作切平面盯.,过h在岛上作切平面皿,Ⅱ_n皿于直线L,如图l所示,过‰作x.x'垂直于上,过h作y.P垂直于上,取yr』yrP.一竺—;L.上述由X.和K得到一点P.的过程称为中点变换.然后,再●由P.作球变换.得到两张曲面上的点x,∈S.和H∈S.,若lx,一y.l<e,以生{生作为'】lf.后的下一交点.否则,中点变换和球变换交替进行,直至lx.一y.<E.关于MAF方法的收敛性,参见文献[4j.2反求Nurbs曲线/曲面参数2.1反求曲线参数对于一条给定的Nurbs曲线:P(.一善i--叭只帆m)/宝Ⅳ.M"f).(6)0,'一其中只是控制顶点,H-是相应控制点的扳因子,NⅢ(￡)为定义在节点向量,T={t0…t.…t^….,^….,f一^}上的k阶B样条基函数,通常取to—f.一...一".一0.f.+,一'一:一...一f叶.一1.S为曲线P0)上的一个点,我们希望求参数",使P")一,.胡事氏等:基于活动仿射标架反术Nurbs由线/由面参数先确定一个近似参数".,方法如下(1)利用插节点算法,将Nurbs曲线P(f)转化为～^+l条I~zier曲线若在曲线P(f)的节点向量中有重节点,剐曲线条数相应减少.(2)对每一条Bezier曲线,判断P是否在其凸包内.如果在凸包内,离散该B~zier曲线,离散层数一般取为3,再判断P是否在这些子曲线的凸包内,以估计近似参数有了近似参数".t我们作迭代修正.过P(.),沿切向Pr(".)作直线,将点s投影到L上,记为0,由于0在L上,我们有0一P("q)+P"D)Au,(7)于是可以求出血,即.(QP("0))?P(".)"一—可一令.一.+Au,重复上述过程,直至lP("o)一Ql<E一般来说.迭代2～3次,即可得到较为精确的参数.2.2反求曲面参数对于一张给定的Nurbs曲面:P()一善u,h～PM山)")/宝.IV,(8)oI=OJ,:==其中P是控制顶点,.是相应控制点的权因子,NⅢ"),N___()为定义在节点向量U一{".,"..,"…..,..,")和V--{.,Ⅵ….,…..….,"+J上的k阶B样条基函数,为曲线P(u,")上的一个点,我们希望求参数h,,使P(u,)一.先确定一个近似参数.,.,方法如下.(1)利用插节点算法将Nurbs曲面P,")转化为"一^+1)×(mT1)片B~zier曲面片.若在曲面P(",v)的节点向量中有重节点,则zier曲面片的片数相应减少.(2)对每一张I~zier曲面片,判断P是否在其凸包内.如果在凸包内,离散该l~zmr曲面,离散层数一般取为3,再判断P是否在这些子面片的凸包内,以估计近似参数".,有了近似参教o-Vc,我们作送代修正.过P(u.m).曲面P(,")的切平面Ⅱ,将点S投影到Ⅱ上.记为0,由于Q在Ⅱ上,我们有0P(口,.)一P("0,0)dm+P(","0)Av.(9)式(9)两端同时点乘P(.,.)和PT(o,口.),即得fP(0,.)?P(0,v.)-4u+P(,)?P(""口0)△口一P(".,u0)?(Q～P(0,吼))lP"0,.)?P("0,.)△"+P(0,.)?P"0,)△"一P(0,.)?(0～P(u,))求解上述二元一次方程组,即得lPf(".,"0)?(QP(0,))P("0,.)一P(,.)l/JP("D,vo)?(Q—P("D,))P("D,)?P("D,)J/凸"一lP"¨n).P'"¨.P'""''Q—Pl/n,lP("D.)?P("")P(,口0)?(Q--P(uD,"0))lflP(0,口D)?P.(0,D)P(0,口.)?P(,.))}其中n=()山.)(()'令Uo一".+△,.一.+△口,重复上述过程,直至lP(uo,)Ql<E.实际上得到了新的近似参数,这是一个球变换的过程,其几何直观性要比较传统迭代法好.该方法的收敛性证明与MAF方法类似.在此不再赘述.3反求曲线/曲面参数的实例例l:反求曲线参数52JournalofSoftware软件2000.11(1)一条四阶Nurbs曲线.其8个控制顶点分别为:(2O0.100,0),(100,100,0),(100,300,O),(400,300,0),(400,100,0).(300.100,0),(300,200.0),(36O,180,0){节点向量为c0,0,0,0,0.2,0.4,0.6,0.8,1,1,1,1,;权因子分别为{1,1.2.1,0.8,1,1,1.3,1}.对于给定的曲线上的点(11736617392236,179.03032014373,000000000000000),由离散法可以求得该点的近似参数为0.125,再由3次迭代即得到精确参数为0.1234567.迭代情况见表1.1-ableI裹I①农数,②近似参数,@误差.捌2:反求曲面参数一条4×4阶Nurbs曲面,按7×4分布的28个控制顶点分别为:(1OO,1O0,0),(13O,18O,30),(120,270.3O),(90,360,0),(180,12O,3O).(16O,200.60),(190,320,60),(150,440,30),(250,140,30),(230.200,60),(260,330.6O),(240,400,30),(330,100,0),(350,220,30),(340,290,30),(330.400,0),(410,120,30),(380,200,60),(400,320,60),(390,440,3.),(460,140.30),(440,200,6O),(460,330,60),(480,400,3O),(540,1O0,O),(570,220,30),(550,290,30),(575,400,0).节点向量分别为{0,0,0,0,0.25,0.5,0.75,1,1,1,¨和{0,0,0,1,1,1};按7×4分布的28个权因子分别为f1,1,1,1,12,1,1,0.8,1.1,1,1,1,0.81,1,0.65.1,1,1,1,1,16,089,1,1,1,1,1}对于给定的曲面上的点(27734742334732.248.137********,28.748699053051),由离散法可求得近似参数为(01275,0.376),再由迭代得到精确参数为(0.123,0456).迭代情况见表2.Table2袅2Times~Approximateparametere~(012609963597084.0.46777731019774)(0.12262564468140,0.40574907305541)(01229g8g2247181,0.45599845953458)(012300011806077.0.45600008679545)(012300000072686.0.45600000053064)(0.12299999995693,0.45599999994129)(0.1230O0O0O0O0O0,0.406O0O00000O0O)①农数,②近似参数以上例子表明,该方法具有较高的效率.以曲线为例,传统迭代法通常需要迭代数10次才能由近似参数收敛到精确参数.参考文献FarinGNURBCurvesandSurfaces:fromProjectiveGeometrytoPraetica[UseWelLesley, MA;AKPetersLtd.,1994H~ehekJtLasserD.FundamentalsofComputerAidedGeometricDesignWellesley,MAAK PetersLtdI1909PieglL.OnNURBS:asurvey.IEEEComputerGraphicsandApp]ieations,1991,11(1){55～71JinTongguang,WangGuozhao.MAFmethodforintersectioncalculationbetweenparametr icsurfacesTechnicalReport,No#8801057,Zhej[angUniversity?1088胡事民等:基于活动仿射标架反末Nurbs曲线/曲面参数53(盘通光,狂国昭.参数曲面求交的MAF方法科技报告.No.#8801057,浙江大学.1988 ComputingtheParametersofPointsonNurbsCurvesandSurfacesviaMoving AffineFrameMethodHUShi—min～SUNJiaguangJINTong—guang'WANGGuo—zhao.<Natio~lCADEngineeringCenterZsinghuaUniT~rsityBHjing100084) (Departm~t.fComputerSoenceandTech~logyTsinghuaUmv~sioBeijing100084) (Departm~tofApplieds~lathematicsZhejiangUniversityHangxhou310087) AbstractThenumericalinstabilityincomputingtheparametersofthepointsonNurhscurves/ surfacesisafataldisadvantageofNurhsmethods.Inthispaper,theauthorsintroducethemovingaffinefra me(MAF) methodforintersectioncalculationofparametriccurvesandsurfacesBasedontheprincipleo faMAFmethod, anewmethodforcomputingtheparametersofthepointsOnNurbscurvesandsurfacesisprese nted.Thertu—mericalstabilityandtheefficiencyofthemethodarebetterthanalltraditionaljterativemethod sThenewmethodhasbeenappliedtothecommercial3DCADsystemGEMS5.0. KeywordsMovingaffineframe(MAF)method,Nurhssurface,CADsystem.2000年全国数据库学术会议征文通知由中国计算机学会数据库专业委员会主办,柯北大学承办的弟17届全国数据库学术会议(NDBC'2000)将于2000年l0月10～l2日在河北省保定市举行.届时国内外着名专家将到会作专题报告,主流厂商将展示他们的最新技术.本届会议将聚集中国大陆,香港,台湾,漠门和海外华裔数据库专家学者,交流有关数据库管理与应用的研究成果和实践经验,探讨今后数据库管理与应用所面临的关键性挑战问题和研究方向弟17届全国数据库学术会议将延续多年来形成的传统,成为戢据库研究人员,实践人员,应用开发人员用户和企业的重要论坛会议将评选大会优秀论文和研究生优秀论文r优秀论文将被推荐到国内一流刊物发表.我们诚征数据管理和应用领域各方面的最新成果以及有关新戢据库技术,应用与方法的专题讨论,讲座,演示等.一,征文蓖圈存取方法和数据结构I数据模型和查询语言I数据库设计I数据库安全性;约束和规则管理I数据仓库和OLAP;戢据挖掘;Web与数据库}数据库性能和测试基准;查询处理与优化I非精确和不确定信息处理}信息提取和戢据库;移动计算和数据库;逻辑和数据库;多媒体数据库系统;并行和分布式数据库系统;异构数据库和异构信息源;图象和揽频戢据库系统;面向对象数据库系统;对象关系数据库系统{主动数据库;实时数据库系统;科学与统计数据库;半结构化数据库系统?空间和时间数据库系统;第三缎存储器;用户与应用界面;数据库应用第17届全国数据库学术会议也欢迎其他有关数据库管理与应用方面的研究成果,特剐鼓励有关新的挑战和未来发展方向方面的讨论,敢迎有关下一代数据库管理和数据库应用(如电子商务,数字图书馆,知识管理等)的论文.同时也接受有美长期未解决的问题的研究成果二,投辅要求论文应是未发表的研究成果.论文需包括题目,摘要,正文和参考文献.请用单独一页提供论文题目,关键字,作者垒名,所属单位,通讯地址,电子邮件,电话和抟真等信息.论文中,英文均可,需一式2份,用A4纸打印.宇数不宜超过5000宇.三,t要日期会议时间:2000年1O月10～12日论文截止时间:2000年4月30日论文录用通知时间:2000年5月∞日四,磁蕞方式投稿地址;071002河北省保定市河北大学计算中心王宇黄炜网址:/ndbc2O0O电子邮件******************电话;0312--5079391;5079390;507963g传真:0312—5016914。
Autoform 拉延筋教学
Autoform V4.1.x Drawbead拉延筋在Autoform V4.1.x 中的可以使用两种不同方式的拉延筋：1、几何拉延筋，就是在压边圈和凹模上使用和实际一样的几何模型；2、简化的拉延筋(或等效拉延筋)，即Autoform称之为拉延筋模型。
拉延筋模型不使用实际的几何模型，而是用曲线来模拟，曲线为实际的拉延筋中心的位置，并赋予实际的拉延筋的宽度和约束阻力因子(Fore factor)。
从理论上讲，使用几何拉延筋更能接近实际，但是实际的几何拉延筋有着很多不利的因素，相比较而言还是建议使用简化的拉延筋模型，主要不利的原因有如下几点：1、使用几何拉延筋需要定义额外的模具，准备开始模拟需要花费更长的时间，当需要调整拉延筋时，需要转向CAD系统重新修改拉延筋；2、在压边圈闭合(Binder closure)阶段必须分成非常小的时间步长进行模拟以确保程序识别的小的圆角半径并由足够的单元数量来表示。
仅有这样才能在模拟过程中的保证正确的拉延筋的约束阻力；3、另外，使用几何拉延筋必须使用弹塑性壳单元(Shell element)来进行模拟计算，因为在板料厚度和拉延筋的圆角半径的比率需要使用弹塑性壳单元。
相反，使用简化的拉延筋模型具有如下优点：1、可快速的优化拉延筋参数：在开发工作的初始阶段，对于是否需要拉延筋或需要的拉延筋阻力大小是不确定的；2、模具的几何模型不要修改：拉延筋的优化只需要曲线和阻力系数；3、减少计算时间：不需要拉延筋几何形状成形，所以计算时可以使用大的时间步长。
而且没有不适宜的需要使用弹塑性壳单元的板料料厚与圆角半径的比率，整个模拟过程可以使用增强的模单元来计算，可以大大的缩减计算时间。
因此，如果的确想应用几何拉延筋来模拟计算，建议在最后验证阶段采用，以获取一个比较精确的结果。
另外，使用简化的拉延筋模型，对于拉延模拟评价可以使用结果变量摩擦剪切应力(Friction Shear Stress)来检查它的影响。
01 基于dynaform的真实拉延筋与等效拉延筋在数值转换上的关系的研究 张侠
2009年重庆理工大学研究生学术论坛论文集的真实拉延筋与等效拉延筋在数值转换上的关关基于dynaform的真实拉延筋与等效拉延筋在数值转换上的系研究∗张侠1，李小平2（重庆理工大学材料科学与工程学院，重庆，400050）摘要：目前用于数值模拟的拉延筋主要有真实拉延筋和等效拉延筋两种类型。
虽然对于这两种拉延筋的研究很多，但是真实拉延筋与等效拉延筋在数值转换上的关系目前没有很明确的表述。
利用dynaform软件通过对无凸缘筒形件拉深成形数值模拟，分别采用真实拉延筋和等效拉延筋，研究二者之间的数值转换关系。
关键字：真实拉延筋；等效拉延筋；数值模拟Research on the Numerical Value Conversion Relationship of True-draw Bead and Equivalent-draw Bead Based on DynaformZhang Xia Li Xiao-ping(College of Material Science and Engineering,Chongqing University of Technology,Chongqing,400050)Abstract：Now,for the numerical simulation,there are two kinds of draw bead—true-draw bead and equivalent-draw bead.Although there are a good many researcheson the two kinds of draw bead,at present,it has no definite statement on the numericalvalue conversion relationship of true-draw bead and equivalent-draw bead.Based ondynaform software,this paper aims at researching the numerical value conversionrelationship of true-draw bead and equivalent-draw bead by tensile form numericalstipulation of no flange sleeve-shaped piece,adopting true-draw bead and equivalent-draw bead respectively.Key words：true-draw bead;equivalent-draw bead;numerical simulation1引言拉延筋是板材冲压成形质量的一个重要影响因素。
考虑包辛格效应的等效拉深筋模型研究
考虑包辛格效应的等效拉深筋模型研究摘要在大型汽车覆盖件的成形制造过程中，由于模具的复杂程度增加，板料在各个方向流动不均匀，在局部可能会产生起皱、开裂等工艺缺陷。
拉深筋作为板料成形中一种常用的工艺，在不同的部位设置时，能够有效地控制金属板料经过拉深筋时受到的约束阻力大小，使拉深件的最终质量更好。
在目前板料成形的主流有限元仿真软件中，大多以等效拉深筋模型来代替实际的拉深筋结构以简化计算，但是其计算结果却不够准确。
由于拉深时板料在拉力作用下，在流过拉深筋的各个圆角时存在着多次弯曲以及反向弯曲的过程，存在包辛格效应，但目前的主流软件所用等效拉深筋模型中均未考虑包辛格效应的影响。
本文通过建立一种混合硬化模型，并将其引入进料阻力的计算公式中，得到了一个考虑包辛格效应的拉深筋进料阻力计算模型。
作者还研究了双重拉深筋的圆角半径和筋高对进料阻力大小的影响。
本文主要研究内容如下：基于V oce流动应力模型和Armstrong-Frederic非线性硬化模型，推导了一个考虑包辛格效应影响的混合硬化模型；采用CR4钢板在不同的预应变下进行了拉压循环实验，获取了材料的真实应力-应变曲线，得到了混合硬化模型各参数值。
将该混合硬化模型和各向同性幂强化模型的计算结果与实验曲线进行对比，验证了新提出的混合硬化模型能够描述材料在循环加载时的硬化特点。
将混合硬化模型引入等效拉深筋模型中，对板料流过拉深筋各个圆角处的变形阻力计算公式进行了推导，得到了一个考虑包辛格效应的等效拉深筋模型。
通过拉深筋阻力测试装置，获取了不同拉深筋在不同结构参数下的拉深筋阻力值，验证了改进的新模型能够更好的预测拉深筋阻力值。
基于生产经验设计了带有镶块结构的双重拉深筋模具，研究了其结构参数与进料阻力和板料断裂的关系，并分析了双筋的阻力值与单筋的阻力值之间的对应关系。
关键词：包辛格效应，等效拉深筋模型，混合硬化，双筋EQUIV ALENT DRAWBEAD MODL RESEARCH CONSIDERING BAUSCHINGER EFFECTABSTRACTIn the forming process of large automotive panels, as the increase of the complexity of the mold, sheet metal flows not evenly in different directions, which may lead to wrinkling, cracking or other process defects in some areas. Drawbead can effectively control the sheet flow restraining force, so that parts forming a higher quality. In the current mainstream finite element sheet forming softwares, usually use the equivalent drawbead model to calculate the drawbead restraining force instead of the true drawbead structure, but the equivalent drawbead model is not accurate enough. When throughing the drawbead structure, the sheet have to be bent and rebent, where the Bauschinger effect exists, but the current equivalent drawbead models have not considered Bauschinger effect. In this paper, a combined hardening model is established and used in equivalent drawbead model, and a modified equivalent drawbead model which considering Bauschinger effect is established. Nowadays, people have not did too much research on double drawbead, a double drawbead device is designed in this paper, and the double drawbead restraining forces in different drawbead heights and radii are obtained, and the design criterion of double drawbead is established. The main content of this paper is:Based on V oce isotropic hardening model and Armstrong-Frederic nonlinear kinematic theories, a combined hardening model is proposed. For CR4 sheet steel, tension-compression tests are carried out in different prestrains and obtain the parameters in the combined hardening model, the experiment results verified the veracity of the combined hardening model.The combined hardening model is introduced into the equivalent drawbead model, in the formula for calculating the forming resistance at the corners of drawbead, Bauschinger effect is introduced into equivalent drawbead model. Using the drawbead test device, the drawbead restraining force of semicircular drawbead and rectangular drawbead at different drawbead heights and drawbead radii are obtained. Compared with the equivalent drawbead model, it proved the accuracy of the improved drawbead model.In this paper, a double drawbead test device is designed, the double drawbead restraining forces of semicircular drawbead and rectangular drawbead with different drawbead heights and radii are obtained, structural design criteria for drawbead is proposed, and the relationship between the double drawbead restraining force and single drawbead restraining force is analyzed.KEY WORDS:Bauschinger effect, equivalent drawbead model, combined hardening, double drawbead目录第一章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 拉深筋研究概况 (1)1.2.1 拉深筋的工作原理 (1)1.2.2 等效拉深筋模型 (2)1.3 国内外研究现状 (4)1.3.1 拉深筋研究现状 (4)1.3.2 硬化模型研究现状 (8)1.4 课题研究内容和意义 (11)第二章混合硬化模型 (12)2.1硬化模型的建立 (12)2.2 拉压循环实验 (14)2.2.1 实验装置 (14)2.2.2 实验材料 (15)2.2.3 实验原理 (16)2.3 实验结果 (17)2.4 实验结果分析 (18)2.4.1 实验数据分析 (19)2.4.2实验与模型的对比分析 (19)2.5 本章小结 (21)第三章改进的Stoughton拉深筋模型 (22)3.1 等效拉深筋模型的建立 (22)3.2 拉深筋阻力测量实验 (25)3.2.1 实验装置 (25)3.2.2 实验材料 (26)3.2.3 实验原理 (26)3.2.4 实验方案 (27)3.3 实验结果 (27)3.4 实验结果分析 (28)3.5 本章小结 (30)第四章双重拉深筋阻力特性研究 (32)4.1 实验装置和材料 (32)4.1.1 实验装置 (32)4.1.2 实验材料 (33)4.2 实验原理 (34)4.3 实验方案 (34)4.4 实验结果 (34)4.5 实验结果分析 (37)4.5.1 双重拉深筋断裂区分析 (37)4.5.2 模型与实验值对比分析 (39)4.6 本章小结 (41)第五章结论与展望 (43)5.1 主要结论 (43)5.2 研究展望 (43)参考文献 (45)致谢 (50)攻读硕士学位期间已发表或录用的论文 (51)第一章绪论1.1 引言近年来，随着社会工业水平的不断进步，市场要求进一步提高新车型的开发效率。
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基于近似模型的拉延筋几何参数反求郑 刚1李光耀1孙光永1韩利芬21.湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙,4100822.湘潭大学,湘潭,411105摘要:引入响应面方法和遗传算法建立基于近似模型的拉延筋几何参数反求方法。
首先以等效拉延阻力为设计变量,通过均匀拉丁方试验设计方法提取适当的设计参数样本构造响应面近似模型,并不断优化响应面模型,获取最优等效拉延阻力;然后以最优等效拉延阻力为约束条件,结合等效拉延阻力计算和小种群遗传算法反求拉延筋几何参数。
整个反求过程采用等效拉延筋有限元模型进行仿真计算,避免有限元模型的网格重划分及由真实拉延筋模型引入的计算效率问题。
数值算例表明,基于近似模型的拉延筋几何参数反求方法可在设计兴趣域内快速寻优,有助于加快模具设计进程,降低生产成本。
关键词:拉延筋;参数反求;响应面方法;移动最小二乘;小种群遗传算法中图分类号:O34 文章编号:1004—132X (2006)19—1988—05G eometrical P arameter Inverse Problem for Dra wbeads B ased on the Approximate ModelZheng Gang 1 Li Guangyao 1 Sun Guangyong 1 Han Lifen 21.State Key Laboratory of Advanced Design and Manufact ure for Vehicle Body ,Hunan University ,Changsha ,4100822.Xiangtan U niversity ,Xiangtan ,Hunan ,411105Abstract :A met hod for t he optimization of t he drawbead geometrical parameters was built ,which was based on t he response surface met hod and genetic algorit hm.The first app roach was for an optimization of t he rest raining forces wit h t he region of t he interest moved across t he design space and t he uniform latin square designs of experiment.In t he second one ,t he equivalent drawbead model was combined wit h Micro -μGA algorit hm to optimize geomet rical parameters of t he drawbeads.In addi 2tion ,t he obtained optimization p rocedure was very efficient due to t he employment of equivalent draw 2bead model which avoids remeshing.The square cup of Numisheet’93was presented to demonst rate t he usef ulness of t he propo sed optimizatio n p rocedure for t he design of mould.K ey w ords :drawbead ;inverse problem of parameter ;response surface met hod ;moving least square app roximation ;micro μGA收稿日期:2006—07—19基金项目:国家重点基础研究发展计划资助项目(2004CB719402);教育部跨世纪优秀人才计划资助项目0 引言在大型复杂薄板冲压件的拉延成形过程中,通常需要设置拉延筋以增加板料中的拉应力、控制材料的流动、避免起皱,提高成形质量。
但是目前的拉延筋设计和布置主要依靠经验,在试模阶段还需不断调整和打磨拉延筋,因此合理、准确地设计拉延筋参数,是缩短拉延模具设计时间的有力保证。
由于金属成形过程是一个存在接触非线性、材料非线性、边界非线性的高度非线性过程,采用传统优化算法对拉延筋几何参数进行优化设计,需要多次迭代调用正问题,导致收敛速度过慢。
为此,韩利芬等[1]通过构建神经网络模型来反求拉延筋几何参数,本文则引入响应面方法[2]和遗传算法建立基于近似模型的拉延筋几何参数反求方法。
目前,对拉延筋的模拟主要有两种方式。
一种方式是建立拉延筋的真实几何模型,这种方式需要将靠近拉延筋的部位进行网格细化,而且拉延筋几何参数优化过程需要对拉延筋进行网格重划分,影响了计算效率。
另一种方式是提供一种等效拉延筋形式[3]代替完整的几何形式。
本文没有直接对真实拉延筋进行优化设计,而是将整个优化过程分为两个阶段,首先以等效拉延阻力为设计变量,通过均匀拉丁方试验设计方法提取适当的设计参数样本构造响应面近似模型,并不断优化响应面模型,获取最优等效拉延阻力,然后以最优等效拉延阻力为约束条件,结合等效拉延阻力计算和遗传算法反求拉延筋几何参数。
・8891・1拉延阻力优化设计模型板料成形中,成形极限图(FLD )是一个衡量成形性能的评价指标,它能够有效地评价冲压成形中的起皱和拉裂缺陷,因而在拉延阻力优化阶段,选择基于FLD 的评价函数为此阶段的优化目标函数。
本文在FLD 中分别定义拉裂安全成形极限曲线ψ1(ε2)和起皱安全成形极限曲线ψ2(ε2),如图1所示,它们主要由材料特性确定,其表达式如下:ψ1(ε2)=φ1(ε2)-s 1(1)ψ2(ε2)=φ2(ε2)-s 2(θ)(2)式中,ε2为次应变;s 1和s 2(θ)分别为拉裂安全距离和起皱安全距离;θ为起皱安全角度。
1.拉裂成形极限曲线2.拉裂安全成形极限曲线3.起皱成形极限曲线4.起皱安全成形极限曲线图1 F LD 成形极限示意图由此,基于FLD 的目标评价函数定义如下:obj. min g (x )=∑ge(3)s.t.g e =[ε1,e -ψ1(ε2,e )]exp [ε1,e -ψ1(ε2,e )] ε1,e >ψ1(ε2,e )[ψ2(ε2,e -ε1,e )]exp [ε1,e -ψ1(ε2,e )] ε1,e <ψ2(ε2,e )其他(4)式中,g e 为单元目标评价函数;ε1,e ,ε2,e 分别为单元主应变、单元次应变;x 为设计点,在此即拉延筋等效拉延阻力。
x 满足约束条件:maxΔt ≤n 1t 0(5)式中,Δt 为板料减薄量;n 1为最大减薄系数;t 0为板料初始厚度。
2基于移动最小二乘法的响应面目标函数构造2.1拉丁方试验设计在构造基于FLD 的响应面过程中,为计算出响应面模型的系数,需要合理选择试验设计以获取足够的、适当的响应观测采样点。
采样点选择不当,易导致响应面精度较低甚至难以构造响应面。
拉丁方试验设计[4]被称为是一种“填充空间的设计”,它将每个因素的设计空间均匀地划分为N 行N 列的方阵,然后随机地在方阵内生成不在同行同列的N 个采样点。
同随机区域设计相比,拉丁方试验设计可以降低更多试验误差。
本文采用的均匀拉丁方试验设计则是在拉丁方试验设计的基础上外加了一个均匀性判据,并使均匀性判据达到最大值,其生成的N 个采样点将更加均匀地分散在设计空间中。
对于非线性问题,通过均匀拉丁方试验设计不但能减少试验次数,而且构造的响应面模型精度较高。
2.2 移动最小二乘法响应面方法是一种结合数理统计与试验设计,利用设计空间中的采样点构造复杂问题近似模型的方法。
传统的响应面方法一般采用最小二乘法使分析值和近似值之间的误差最小以确定响应面近似函数系数。
但是最小二乘方法是一种基于全局的逼近方法,对工程优化问题,其构造的响应函数在设计空间中存在高度非线性,当响应函数值发生振荡时,很难得到精度较高的响应面逼近函数。
为此,本文引入移动最小二乘法[5]构造响应面逼近函数。
与传统响应面方法相比,移动最小二乘法不是一种全局逼近方法,而是在局部域内进行逼近。
下面讨论其基本理论考虑设计点x 的兴趣域Ωx ,它位于n 维设计空间Ω内,为了近似模拟目标响应函数g (x )在兴趣域Ωx 的分布,在N 个试验设计采样点x I 上,函数g (x )的近似表达式^g (x )定义为^g (x )=∑N Bj =1h j(x )αj(x )=h T (x )α(x )(6)式中,N B 为基函数h (x )的项数;α(x )为回归系数向量。
其中,h (x )的二次基表达如下:h T (x )=[1 x 1 x 2 … x n x 1x 2 … x i x i+1 … x 21 x 22 … x 2n ](7)与传统响应面方法不同,α(x )不再是一组常数,而是一组关于空间设计变量x 的函数,可通过对加权余量函数求极小值而获得。
加权余量函数E (α)定义为E (α)=∑NI =1w (x -x I )[^g (x I )-g (x I )]2(8)或E (α)=(H α-g )T W (x )(H α-g )(9)g =[g (x 1) g (x 2) … g (x N )]T H =[h (x 1) h (x 2) … h (x N )]TW =diag [w (x -x 1),w (x -x 2),…,w (x -x N )]・9891・式(9)中,w (x -x I )为采样点x I 在兴趣域Ωx 内任意点x 的权函数,它必须保证近似的局部性和连续性。
通常使用的权函数[6]有指数型函数、三次样条函数和四次样条函数等。
本文选用如下的四次样条函数作为权函数:w (^s )=1-6^s 2+8^s 3-3^s 4 ^s ≤10^s >1(10)^s =d/d max式中,d 为任意点x 与采样点x I 之间的距离,d max 为紧支子域的半径。
对加权余量函数E (α)取极小值,确定回归系数向量α(x )=M -1(x )B (x )g(11)M (x )=H T W (x )H B (x )=H T W (x )将式(11)代入式(6)得到近似表达函数:^g (x )=h T (x )M -1(x )B (x )g(12)2.3 响应面兴趣域更新(a )移动传统响应面方法在整个设计空间构造的近似响应函数精度较低,导致基于此近似函数的优化精度差。