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加工成形技術(shù)是制造工業(yè)的中一種重要的技術(shù)。當(dāng)前，制造行業(yè)加工工藝正朝著高技術(shù)的方向發(fā)展，越來越多的公司在產(chǎn)品研發(fā)和制造過程中開始注重仿真技術(shù)的應(yīng)用。
采用ABAQUS進(jìn)行仿真模擬的目的是節(jié)約開發(fā)成本、加快研發(fā)速度和提高產(chǎn)品質(zhì)量。ABAQUS可以針對不同操作系統(tǒng)（如Unix，Linux和Windows等）進(jìn)行單機(jī)或多機(jī)并行運算，節(jié)省更多運算時間。
下面以ABAQUS某汽車用戶的車門設(shè)計為例，說明ABAQUS在沖壓成型有限元模擬中的應(yīng)用。
傳統(tǒng)的車門設(shè)計流程如圖1所示。
圖1 某型號汽車車門的傳統(tǒng)設(shè)計流程
其中主要設(shè)計及加工成本如下：
1.軟質(zhì)模具的設(shè)計和加工成本為20萬美元；
2.初期生產(chǎn)并修改模具的周期一般不低于12周；
3.硬質(zhì)模具的設(shè)計修改和加工成本為75萬美元；
4.最后產(chǎn)品試生產(chǎn)、模具方案的定型、修正生產(chǎn)流程直至正式生產(chǎn)的周期一般為8~9個月。
其中，硬質(zhì)模具的設(shè)計費用包含在前期軟質(zhì)模具設(shè)計費用之中，后期只計算修改模具設(shè)計的費用。
采用ABAQUS進(jìn)行數(shù)字仿真之后，設(shè)計流程如圖2所示。
圖2 引入ABAQUS后某型號汽車車門的設(shè)計效果
修改設(shè)計流程之后，主要設(shè)計和加工成本如下：
1.軟質(zhì)模具的設(shè)計和加工成本為10萬美元；
2.初期生產(chǎn)并修改模具的周期縮短為4周；
3.硬質(zhì)模具的設(shè)計修改和加工成本為25萬美元；
4.最后產(chǎn)品試生產(chǎn)、模具方案的定型、試生產(chǎn)、修正生產(chǎn)流程直至正式生產(chǎn)的周期一般為3.5~4個月。
經(jīng)過以上計算可以明確看出，僅車門的設(shè)計費用就節(jié)約了2/3，而設(shè)計周期則縮短為原來的1/3。
二、模擬加工成形過程中的難點
加工成形過程的數(shù)值模擬受到材料非線性、幾何非線性和邊界非線性的綜合影響，直接計算的難度非常大。從力學(xué)本質(zhì)來看，很多的成形過程可以簡化為準(zhǔn)靜態(tài)過程，對該過程的有限元模擬通常有兩種方法：靜力隱式方法和動力顯式方法。根據(jù)動力松弛法的原理，動力系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)解和靜力解是一致的。所以本文所涉及的算例均采用顯式動力學(xué)的方法，即使用ABAQUS/EXPLICIT求解器模塊，對不同的加工成形過程進(jìn)行模擬。
算例表明，ABAQUS在處理加工成形中可以得到令人滿意的結(jié)果。
三、實際應(yīng)用
1.普通油箱的沖壓成形
本實例模擬油箱的沖壓成型過程。圖3所示為實際成型時油箱的一半的形狀?？紤]到在沖壓成型過程中，油箱結(jié)構(gòu)的對稱性，本文通過模擬圖3左下所示的結(jié)構(gòu)，對其進(jìn)行模擬分析，達(dá)到分析整個油箱成型的目的。首先，通過ABAQUS/CAE完成圖3右側(cè)所示的裝配圖，其中平面鋁板將被沖壓成型為圖3左下的結(jié)構(gòu)。成形的全過程如圖4所示，模擬結(jié)果跟實際生產(chǎn)過程相吻合。其中，圖5所示為整個過程中內(nèi)能和動能的變化曲線，可以確定模擬過程為準(zhǔn)靜態(tài)。圖6表現(xiàn)的是成型后金屬板的厚度分布云圖。圖7給出了與厚度變化違禁詞處的單元相關(guān)的四個節(jié)點處的厚度在時間域內(nèi)的變化曲線。
圖3 油箱的結(jié)構(gòu)模擬圖及裝配圖
圖4 油箱沖壓成形過程示意圖
圖5 整個過程中內(nèi)能和動能的變化曲線
