LS-DYNA 軟體應用

金屬成型模擬

LS-DYNA 在鈑金沖壓模擬中的使用一直穩步增長，並以預測準確性著稱。在此期間，添加了最先進的本構模型來模擬目前在汽車行業中常用的高強度鋼和鋁合金。LS-DYNA 作為一個通用的有限元軟體，LS-DYNA 不僅擁有顯式計算功能，並且包括隱式計算功能。這兩個功能相互補充，使LS-DYNA 能被成功地應用于鈑金成形相關的各個過程中。這使得 LS-DYNA 成為該製造過程的理想選擇。

金屬成型模擬

金屬成型模擬的典型應用

  • 鈑金重力加載、binder閉合、深抽
  • 回彈預測和回彈補償
  • 修整和切縫
  • 翻邊和包邊
  • 液壓成型
  • 磁性成型和熱成型
  • 超塑成型
  • 凹陷
  • 廢料跌落模擬
  • 機織碳纖維複合材料的一步模擬


金屬成型模擬的功能特色

  • 網格自適應 (Adaptive mesh)
  • 鋁合金和高強度鋼的先進材料模型
  • 平滑的接觸以最大程度地減少接觸噪音
  • Blanksize開發中的一步式方法
  • 修邊曲線開發中的脫邊方法
  • 參數輸入
  • 網格粗化
  • 成形性指數為非線性應變路徑提供了更可靠的成形極限預測
  • 預測最終零件中的纖維取向
  • 預測對應於某些纖維取向的初始毛坯尺寸

 

 

  • 一步法 （One Step Method ）

在模具設計之前，一步法可以用來粗略地估計板料的可成形性。同時此種方法可以被用來獲得初始板料尺寸。由於它的簡單和高效，一步法在模具設計中受到相當地重視。LS-DYNA 中 的一步法可以讓用戶有多種選擇，比如選擇拉深筋，壓邊力等。
 
切邊線的設計（Trimming Curve Development）
在設計切邊模具中，切邊線的設計可能最具挑戰性。零件的翻邊，包邊需要展開到模具表面。為了這一需要，LS-DYNA提供了 Un-flanging 的功能。如果得到的初始切邊線不滿意，用戶還可以用*INTERFACE_BLANKSIZE_DEVELOPMENT 來進行反覆運算，從而得到滿意的切邊線。

一步法結果 vs 增量結果

 

                               (a)一步法結果                                                                 (b) 增量結果

 

  • 重力載入（Gravity Loading）

未變形的板料在重力作用下落到模具表面上，這一過程就是重力載入。在這一過程中，板料的位移很大，但塑性變形很小或者沒有。準確地模擬這一過程對後面的成形性，表面品質，以及回彈計算都有較大的影響。LS-DYNA隱式計算功能夠迅速，準確地預測這一過程。其中，最重要的一個控制參是*CONTROL_IMPLICIT_FORMING. 有時，為了得到特定的形狀，需要對平板預先彎曲。*CONTROL_FORMING_PRE_BENDING 就能滿足需要。

 

  • 衝壓成形 （Deep-Drawing）

這一過程的類比的目的主要是為了預測可成形性（formability）, 並為後續工序提供準確的變形資訊。為了提高技術效率，選用的初始網格都比較大，然後根據模具的曲率來細化網格（mesh adaptivity）. 對這一過程的模擬，參數選擇非常重要。對模具設計初期，對預測的準確性要求不是太高，這樣可以選用相應的參數，使計算能很短的時間內完成。如果是為了回彈做準備，則要選用另外的參數來保證計算的準確性。在LS-DYNA LS-PREPOST 中的EZ-SETUP 為用戶提供了相應的參數。

 

  • 切邊（Trimming）

板料成形完後，需要將多餘的材料切掉。為了滿足不同的切邊過程，LS-DYNA提供了兩種選擇：第一種是沿著一個方向進行剪切，這種方法適用于大部分切邊模；第二種方法中的剪切方向不是固定的，而是隨著板料的法向的改變而改變。剪切完後，在邊界上的有些網格可能會很不規則，從而影響後續的模擬。*CONTROL_CHECK_SHELL 就可以用來修整這些邊界單元。

 

  • 回彈預測 （Springback Prediction）

上下模分開後，板料的內應力不再平衡，從而導致板料變形。LS-DYNA中的隱式計算功能最初的主要應用就是為了回彈計算。回彈預測的精度很大程度上依賴于成形模擬中的參數選擇，材料模型及參數的選取。經過大量的計算，LS-DYNA已經得到了一套可靠的參數，從而使用戶能得到準確的回彈預測。另外，LS-DYNA中 有近三百種材料模型，從而能夠滿足不同的用戶需求。經過大量的使用者回饋和文章顯示，LS-DYNA 在回彈計算中一直優於其他軟體。

LS-DYNA SPH還包含二維和軸對稱求解器。SPH方法採用拉格郎日核成功解決了拉力失穩問題。 SPH混合單元聯結了SPH顆粒和傳統有限元單元。 SPH利用節點對節點的接觸演算法，從而成功處理不同液相物質間的作用。 SPH還提供顯式熱傳導求解器和熱耦合元件處理。

LS-DYNA SPH方法在以下領域內被廣泛使用： 高速衝擊，高能爆炸，水下爆炸，土壤侵入，金屬切削和成型，複合材料，飛鳥撞擊，不可壓流，自由邊界流，多相流，油箱液體晃動，油箱跌落，熱傳導，摩擦攪拌焊，脆性斷裂等。
 

  • 回彈補償（Springback Compensation）

利用預測結果對回彈進行補償，這將大大地節省時間和模具製造費用。回彈補償是一個非線性問題，一次補償很難到位。根據這一特點，LS-DYNA的回彈補償可以進行多步反覆運算。對於大部分問題往往需要兩到三次反覆運算才能達到目標。經過補償後，LS-DYNA能自動修改修改模具的表面，以及壓邊圈。有於它的穩定可靠，現在已經被大量應用於模具生產中。

 

  • 滾邊

精確的滾邊模擬，用於修整曲線

  1.      未滾邊前Before un-flanging                  (b) 滾邊後 After un-flanging

 

  • 折邊模擬

 

  • 輥壓成型模擬