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1、华中科技大学 硕士学位论文 基于Pro/E的钣金件毛坯展开仿真系统研究 姓名：郝明 申请学位级别：硕士 专业：材料加工工程 指导教师：柳玉起 2011-01-14 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 I 摘摘 要要 钣金件的毛坯形状预测和产品可成形性分析在板料冲压成形过程中起着举足轻 重的作用，它是分析钣金件成形性能、确定成形工艺设计和拟定工艺流程的前提。 合理的毛坯形状和尺寸，可以明显改善板料在冲压成形过程中出现的变形不均匀的 现象，提高材料的成形极限，减少后续的切边余量，提高材料的利用率。有限元逆 算法由于只考虑初始构形和最终构形，因此计算速度较快，是一
2、种最高效的算法。 快速、准确地获取板料毛坯的外形尺寸，将很大程度上减少模具的试模次数，从而 降低产品的生产成本，缩短生产周期，提高产品质量。 本课题来源于国家自然科学基金项目“复杂汽车结构件多工位级进模条料设计 的快速仿真模型与关键算法研究” （No.50905067） 和国家重大数控专项项目资助 “C 级轿车覆盖件整体侧围、翼子板和新型环保材料内饰件冲压成形模具” （No.2009ZX04013-031） 。本课题在华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实 验室开发的基于 Pro/E 平台的 FASTAMP 逆算法求解器的基础上， 开发了基于 Pro/E 平台的钣金件毛坯展开仿真系统。 本文
3、说明了课题研究的目的和意义，探讨和研究钣金件的各种展开算法、钣金 件成形模拟技术的发展现状，明确了钣金件毛坯展开仿真系统的开发方向。同时， 从 Pro/E 平台的二次开发技术特点、有限元逆算法和 CAD/CAE 集成技术三个方面 介绍了系统的开发基础。 论文在研究钣金件成形工艺特点的基础上，提出系统设计思想，对系统的需求 和功能进行了详细分析，构建系统组织结构。在系统开发过程中，深入研究和探讨 了网格剖分处理、开放式材料库、工艺约束设置、工艺模型设置和数据保存等关键 技术。基于 Pro/E 平台开发了网格剖分器，保证了网格剖分的质量，避免了因网格 质量所引起的后期大量的网格修复工作，大大减少了
4、有限元网格模型的准备工作； 开发了开放式材料库，方便用户根据自己的实际情况添加和删除材料；系统考虑了 真实的工艺约束和工艺辅助工具，相对应地开发了定义工具，提高了求解结果的精 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 II 度；方便、快捷的数据管理技术保证了系统的稳定性。 该系统实现了真正意义上的 CAD 和 CAE 的无缝集成，同时在模拟计算中考虑 了真实的压边圈、压料面、托料块和拉深筋等实际工艺条件，模拟结果更加可靠。 通过工业应用实例验证了系统的实用性和可行性，表明了该系统可广泛应用于钣金 制造领域。 关键词关键词：钣金成形；毛坯展开；有限元逆算法；Pro/
5、E 二次开发；CAD/CAE 集成 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 III Abstract Blank prediction and products formability analysis is important in sheet metal forming process, which is the premise of prediction of analysis of sheet metals formability, forming process design and process rule. Appropriate blank sh
6、ape can eliminate unevenness of blank deformation, improve forming limit, reduce volume of cutting, raises the material utilization. The finite elements inverse approach based on total strain theory, only considering the initial and final stages of the parts, is very fast and high effective. Quickly
7、 getting high-precision results can reduce the times of mould-test and then decrease product cost, shorten development cycle and improve product quality. The work of this paper was supported by a grant from National Natural Science Foundation of China“Research on Fast numerical analysis model and ke
8、y methods in the strip layout of Progressive die design for complicated Automotive Structural Parts” (No.50905067) and National NC Special Project“Stamping Dies of the whole body side panels, fenders and interiors of new environmentally friendly materials in C-Class car” (No. 2009ZX04013-031).The bl
9、ank estimation analysis system of sheet metal forming was developed on Pro/E platform and solver developed by State Key Laboratory of Material Processing and Die Mould Technology. In the paper, propose of the work is explained, various methods for blank unfolding and the status and development trend
10、 of simulation of sheet metal forming are discussed and researched, the clear direction of software development is decided. At the same time, the characteristic of Pro/E development, the finite elements inverse approach and CAD / CAE integration methods is introduced. On the basis of the characteris
11、tic of sheet metal forming process, design idea of system is put forward, the function and demands of the system is analyzed, and the system structure is discussed. Several key technologies on Pro/E platform during program development is further studied, such as mesh generation, material library, co
12、nstraints, 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 IV process model setting and project data saving. A new meshing algorithm on Pro/E platform is developed for mesh generation so that the mesh quality was obviously improved, and the time used for preparation of FEA model is reduced. The material library
13、 is open to the user, who can add new materials into it or delete the material in the library. System considers the real forming process, which can raise the accuracy of result. The convenient and fast data management method ensures the stability of the system. The system achieves the CAD/CAE seamle
14、ss integration. At the same time, the blank holder, binder, pad and draw bead are considered in the simulation, so the results is much more reliable. Through the experiment, the result shows that the system is feasible and accurate, which could be used in the sheet metal area. Keywords: sheet formin
15、g, blank unfolding, finite inverse approach, Pro/E development, CAD/CAE integration 独创性声明 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、
16、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密，在_年解密后适用本授权书。 不保密。 （请在以上方框内打“”） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 1 1 绪论绪论 1.1 课题的来源、目的和意义课题的来源、目的和意义 本课题来源于国家自然科学基金项目“复杂汽车结构件多工位级进模条料设计 的快速仿真模型与关键算法研究” （No. 50905067）和国家重大数控专项项目资助“C 级轿车覆盖件整体侧围、翼子板和新型环保材 料内饰件冲压成形模具” （No.2009ZX04013-031） 。该课题完全基于 Pro/E 平台，以 FASTAMP 逆算法求解器 为核心， 通过 Pro/E 二次开
