[发明专利]一种塑性成形数值模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种塑性成形数值模拟方法，用于对金属零件塑性成形加工进行数值模拟分析，属于塑性成形技术领域。

背景技术

采用有限元对金属零件塑性成形进行数值模拟已成为工艺设计与模具设计的一个有效工具，通过数值模拟可预测金属流动过程和成形缺陷，应力、应变、损伤、温度场分布规律，甚至组织变化规律，可预测成形载荷，模具受力、温度场，对工艺及模具设计有很大的参考价值，它改变了传统工艺的设计流程，减少了模具试验次数，大大提高了设计效率及水平，降低了模具、产品开发成本。用金属塑性成形数值模拟时，在进行完几何造型后，要进行前处理参数输入，其过程较为复杂，选择较多，对技术人员、输入参数有较高的要求，要求技术人员能较熟练掌握塑性成形基本理论、力学、有限元、金属塑性加工工艺、模具知识等，要求对输入参数，即前处理参数有深入的理解，所输入的前处理参数应准确。否则，模拟精度不高，难以指导工艺及模具设计。目前理论研究人员开展数值模拟由于对生产工艺了解不深入，物性参数、材料模型、摩擦等输入的参数与实际有一定差距，模拟的结果与实际有较大误差；企业技术人员则技术水平相对较低，不能全面掌握塑性成形理论、有限元方法等理论，模拟慢，模拟工作开展得少，其模拟的精度也不高(柳玉起，计算机模拟在金属成形行业的应用和发展现状，锻造与冲压，2005，6)。现有模拟软件参数如材料模型不全，一方面材料种类少，另一方面对应的不同温度的模型少，如美国DEFORM软件，其材料模型只有100余种，且为美国标准材料，我国不少材料的材料模型该软件中没有包括，因而有时只能用相近材料模型，从而影响了模拟精度。如何有效地利用有限元数值模拟软件，提高数值模拟效率及精度，是学术界、工业界的迫切需求。

发明内容

本发明的目的在于针对目前金属塑性成形数值模拟要求人员技术水平高、模拟精度较低，现有软件基础参数不全等问题，提出一种新的基于知识的塑性成形数值模拟方法，编制基于知识的塑性成形数值模拟模块，该模块带有塑性成形数值模拟知识库，数值模拟模块独立于塑性成形数值模拟软件，可以独立运行，可将成功案例的前处理参数从知识库中调出，直接输入塑性成形数值模拟软件，也可将前处理参数在知识库帮助下直接填入，从而降低了对模拟人员的技术要求，缩短了模拟时间，并有助于提高模拟水平。

为实现这一目的，本发明提出一种基于知识库与塑性成形数值模拟模块的塑性成形数值模拟方法。首先将其问题特征输入基于知识的塑性成形数值模拟模块，通过数值模拟知识库搜索相似案例。如果有相似案例，则将该案例前处理文件直接调出，直接输入塑性成形数值模拟软件，进行塑性成形数值模拟分析。如果没有相似案例，则可借助数值模拟知识库帮助将数值模拟前处理参数直接填入再传给塑性成形数值模拟软件进行模拟分析。数值模拟分析完成后将前处理参数及模拟结果输入数值模拟知识库。

本发明方法的整个过程包括数值模拟案例检索、前处理参数输入、数值模拟知识库案例填充三个步骤：

1.数值模拟案例检索

对于需要进行塑性成形模拟的问题，先将其问题特征输入基于知识的塑性成形数值模拟模块，问题特征可以是产品类型特征、形状特征、尺寸大小特征、材料特征、成形工艺方法特征，通过在模块所带的数值模拟知识库中进行搜索，寻找相似案例。数值模拟知识库中包含塑性成形方法基本知识、数值模拟前处理参数知识(其中材料模型要经过实际试验测试)和数值模拟案例(案例中应包括所模拟零件的几何造型、所设置的前处理参数和模拟结果，模拟结果包括整个过程的应力场、应变场、温度场、速度场、应变速率场、金属流动、损伤、可能的缺陷和成形载荷，数值模拟结果经过试验验证)。

2.前处理参数输入

如果有相似案例，则将该案例从数值模拟知识库中的前处理文件直接调出，并直接通过基于知识的塑性成形数值模拟模块输入塑性成形数值模拟软件，进行塑性成形数值模拟分析。如果没有相似案例，则将数值模拟前处理参数通过基于知识的塑性成形数值模拟模块中的数据表直接填入，填写时可通过数值模拟知识库查询相关知识及案例寻求帮助，数据表填入后将前处理参数直接传给塑性成形数值模拟软件，进行塑性成形数值模拟分析。

3.数值模拟知识库案例填充

数值模拟分析完成后，将数值模拟结果整理，经与试验对比，符合试验结果后，将前处理参数及模拟结果输入数值模拟知识库，文件格式可用数值模拟软件所用的格式，也可用数据表、图片、动画格式。