多点成形有限元参数化建模的研究_裴永生

１ 参数化建模实现的功能及流程
在参数化建模中 ， 可以创建一组和模型特征有关的参数 ， 通过改变参数 的 数 值 来 得 到 需 要 的 模 型 ， 这样 就减少了形状相似零件的重复建模的时间 。 参数化模 型 按 其 功 能 可 分 为 基 本 体 高 度 数 据 文 件 （ 扩展名格式为 Ｐ 的形成和导入 、 多点成形有限元模 ＵＮ） 型建立的参数化以及多点成形有限元模型文本文件的导 出 ３ 部分 。 首先建立多点成形基本体群没有调形时的几何模型 得到其建模过程的命令流文 以及压边圈等的 几 何 模 型 ， 。 其次 ， 件（ 扩展名格式为 Ｌ 通过 Ｖ Ｏ Ｇ 的文本文件 ） ｉ ｓ ｕ ａ ｌ 使用户可以在此界面 自 定 Ｃ＋＋６． ０ 平台编制用户界面 ， 义模型参数 ， 并将 基 本 体 群 没 有 调 形 时 的 有 限 元 文 本 文 件代码嵌入到参数化建模程序中 。 在 ＡＮ Ｓ Ｙ Ｓ中实现对 针 每个基本体调形 高 度 数 据 都 能 正 确 的 赋 值 比 较 困 难 ， 对此问题 ， 应实现 Ｐ 将导入的基本体调 ＵＮ 文 件 的 导 入 ， 形高度数据 按 基 本 体 的 行 列 次 序 依 次 传 递 给 每 个 基 本 体， 从而构造出三 维 离 散 曲 面 ， 然 后 定 义 材 料 属 性， 划分 网格等 ， 具体流程见图 １。
： ； ； Ｋ ｅ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ｏ ｉ ｎ ｔ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｒ ｉ ｃ ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ ｆ ｏ ｒ ｍ ｉ ｎ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ －ｐ ｐ ｇ ｇ ｙ 发动机罩等车身覆盖件成形过程的设计及其 模 具 制 造 水 平 一 直 都 是 在汽车设计及制造的整个过程中 ， １］ ， 覆盖件表面必须光顺 ， 不允许有任何皱裂和拉痕等缺陷 。 合 理 制约汽车产品开发速度与品质的核心因素 ［ 它将直接关系到产品的质量 、 成本 、 生产效率 。 的成形工艺是决定覆盖件能否顺利成形的关键 ， ， 多点成形技术的基本原理是将传统的模具离散成规则排列 、 可调高度的冲头 （ 或基本体 ） 由冲头形成的
（ ，Ｙ ，Ｑ ； １． Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｅ ｏ ｆ Ｖ ｅ ｈ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｎ ｓ ｈ ａ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｉ ｎ ｈ ｕ ａ ｎ ｄ ａ ｏ Ｈ ｅ ｂ ｅ ｉ ０ ６ ６ ０ ０ ４，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ２． Ｓ ｃ ｈ ｏ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｉ － ｇ ｇ ｙ ｙ ｇ ｇ ， ， ） ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ Ｓ ｈ ａ ｎ ｈ ａ ｉ Ｊ ｉ ａ ｏ Ｔ ｏ ｎ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ Ｓ ｈ ａ ｎ ｈ ａ ｉ ２ ０ ０ ２ ４ ０， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ｇ ｇ ｇ ｙ ｇ
： ， Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｌ ｅ ｏ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ｏ ｆ ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ ｆ ｏ ｒ ｍ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｏ ｆ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｈ ｅ ｉ ｈ ｔ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ －ｐ － ｐ ｐ ｐ ｐ ｇ ｇ ｇ
； ； 修回日期 ： 责任编辑 ： 冯 民 ２ ０ １ ２ ０ ６ ２ ７ ２ ０ １ ２ １ ０ １ ８ 收稿日期 ： － － － － ） ； ） 基金项目 ： 吉林大学基本科研业务费项目 （ 上海市数字化汽车车身工程重点实验室开放课题基金资助项目 （ ４ ２ １ ０ ６ ０ ３ ４ ２ ４ ６ ７ ２ ０ １ ０ ０ ３ － ， 作者简介 ： 裴永生 （ 男， 河北迁安人 ， 副教授 ， 博士 ， 主要从事汽车覆盖件多点成形方面的研究 。 １ ９ ７ ３ －）
２］ 。 利用多点成形 ， 可以实现对 试 制 汽 车 覆 盖 件 的 无 模 快 速 柔 性 成 包络面来完成不同形状金属板件的成形 ［ ３］ 从而省去模具设计 、 制造和调试的工序 ， 缩短了生产准备时间 。 在汽车覆盖件 ［ 多点成形过程中 ， 首 先根 形，
据汽车覆盖件的三维曲面 ， 经过专业软件计算出上下基本体高度数据 ， 对基本体 进 行 高 度 调 节 ， 使上下基本 体群形成目标曲面 ， 然后通过调节刚性压边圈或柔性压边圈的压力 ， 代替传统的整体式的模具 。
第３ ３ 卷第 ６ 期 ２月 ２ ０ １ ２年１
河 北 科 技 大 学 学 报
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｈ ｅ ｂ ｅ ｉ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｙ ｇ ｙ
Ｖ ｏ ｌ ． ３ ３， Ｎ ｏ ． ６ Ｄ ｅ ｃ ． ２ ０ １ ２
调整上 、 下基本体群 ， 形成三维成形曲面 导入基定义材料属性
划分网格
施加载荷并求解
２ 建立用于参数化建模的用户界面
２． １ 参数化设计语言 Ａ Ｐ Ｄ Ｌ ＡＮ Ｓ Ｙ Ｓ提 供 了 一 种 运 行 批 处 理 命 令 Ａ Ｐ Ｄ Ｌ 的格 ） 式 。Ａ 是一种 ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｒ ｉ ｃ Ｐ Ｄ Ｌ（ ＡＮ Ｓ Ｙ Ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｌ ａ ｎ ｕ ａ ｅ ｐ ｇ ｇ ｇ 参数化设计语言 ， 可用来自动完成有限元一般的分析计 算操作或通 过 参 数 化 特 征 变 量 方 式 建 立 分 析 模 型 ， 用 建立智能化的分析手 段 为 用 户 提 供 自 动 完 成 有 限 元 分 析过程 。 利用 Ａ Ｐ Ｄ Ｌ 的 程 序 语 言 与 宏 技 术 组 织 管 理 ＡＮ－ 可以实现参数化的材料定义、 Ｓ Ｙ Ｓ 的有限元分析命令 ， 参数化 建模 、 参数化的网格划分与控制 、 参数化的载荷 和边界条件 定 义 以 及 参 数 化 的 分 析 控 制 和 求 解 ， 从而 实现参数化有限元分析的全过程 。 但是 Ａ Ｐ Ｄ Ｌ 文件方 式不直观 ， 交互性不强 ， 针对这 些 问 题 ， 可以利用 Ｖ ｉ ｓ ｕ － 对 ＡＮ ａ ｌ Ｃ＋ ＋６． ０结合 Ａ Ｐ Ｄ Ｌ 语 言， Ｓ Ｙ Ｓ进行二次 ［ ６］ 开发 。
ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ．Ｔ ｈ ｅ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｒ ｉ ｃ ｒ ｏ ｃ ｅ ｄ ｕ ｒ ｅ ｓ ｏ ｉ ｎ ｔ ｔ ｉ ｏ ｎ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｆ ｕ ｎ ｄ ａ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｓ ｗ ｅ ｒ ｅ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｉ ｎ ｕ ｔ ｉ ｎ ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ －ｐ ｐ ｐ ｐ ｇ ｐ ｇ ／ ｗ ｅ ｒ ｅ ｄ ｅ ｖ ｅ ｌ ｏ ｍ ｅ ｎ ｔ ｂ ＡＮ Ｓ Ｙ Ｓ Ａ Ｐ Ｄ Ｌ， ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ｉ ｎ ｕ ｔ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｗ ａ ｓ ｄ ｅ ｓ ｉ ｎ ｅ ｄ ｂ ｕ ｓ ｉ ｎ Ｖ Ｃ＋＋． Ｉ ｎ ｎ ｕ ｍ ｅ ｒ ｉ ｃ ａ ｌ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｆ ｏ ｒ ｍ ｉ ｎ － ｐ ｙ ｐ ｐ ｇ ｙ ｇ ｇ ， ， ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ ｆ ｏ ｒ ｍ ｉ ｎ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｃ ａ ｎ ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｔ ｅ ｓ ｏ ｆ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｓ ｗ ｈ ｉ ｃ ｈ ａ ｒ ｅ ｍ ｏ ｄ ｏ ｉ ｎ ｔ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｅ ｒ ｓ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｒ ｉ ｃ －ｐ － ｇ ｙ ｐ ｐ ｐ ｒ ｏ ｒ ａ ｍ， ｅ ｌ ． Ｓ ｏ ｉ ｔ ａ ｖ ｏ ｉ ｄ ｓ ａ ｌ ｏ ｔ ｏ ｆ ｖ ｅ ｒ ｂ ｏ ｓ ｅ ｗ ｏ ｒ ｋ ｓ ｆ ｏ ｒ ｔ ｈ ｅ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｂ ｕ ｉ ｌ ｄ ｉ ｎ ．Ｗ ｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｓ ｏ ｆ ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ － ｐ ｇ ｇ ｏ ｉ ｎ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍ ｉ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｅ ｎ ｉ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｄ ａ ｎ ｄ ｃ ａ ｒ ｒ ｏ ｏ ｆ ｗ ｅ ｒ ｅ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｅ ｄ ． ｐ ｇ ｇ
第 ６ 期 裴永生等 多点成形有限元参数化建模的研究
５ ６ ５
４］ 。 李明磊等以帕萨特 １． 对 其 多 点 成 形 工 艺 及 成 形 中 的 压 痕 现 象 进 行 了 数 值 模 拟［ ８ Ｔ 轿 车 顶 盖 为 例，
由于成形板材的材质不同以及成形件尺寸 、 成形件曲面形状不同及需要用不同型号的多点成形压力机 ， 因此 对每次成形的工艺分析都需要重新建立有限元模型 ， 不仅劳神费时 ， 而且其难度 也 大 ， 不利于针对不同冲压

（ ） １ ０ ０ ８ １ ５ ４ ２ ２ ０ １ ２ ０ ６ ０ ５ ６ ４ ０ ５ 文章编号 ： － － －
多点成形有限元参数化建模的研究
裴永生１， 李淑慧２， 赵亦希２， 贾海波１
（ 燕山 大学 车辆 与 能 源 学院 ， 河北 秦 皇岛 ０ 上 海 交通 大学 机械 与 动 力 工程学院 ， 上海 １． ６ ６ ０ ０ ４； ２． ） ２ ０ ０ ２ ４ ０ 摘 要： 介绍 了 多 点 成 形 的 基 本 原 理 、 有 限 元 参 数 化 建 模 的 流 程 和 计 算 基 本 体 高 度 的 方 法， 利用 ／ 通过 Ｖ ＡＮ Ｓ Ｙ Ｓ Ａ Ｐ Ｄ Ｌ 开发 了 多 点 成 形 有 限 元 参 数 化 建 模 程 序 ， Ｃ＋ ＋ 编 写 了 友 好 的 参 数 输 入 界 面， 使 得 在进行 多 点 成 形 数 值 模 拟 研究中 仅 需输 入 一 些 相 关 参 数 即 能 建立 不同 类 型 的 有 限 元 模型 ， 即 参 数化 建模 ， 从而 避免 了 很 多 繁琐 的 建立 有 限 元 模型 的工作 ， 并 利 用 该 程 序 分 别 建立 了 发 动 机 罩 以及 轿 车 顶盖 的 多 点 成 形 有 限 元 模型 。 关键词 ： 多点成形； 有限元； 参 数化 建模 中图分类号 ： Ｕ ４ ６ ６ 文献标志码 ： Ａ
Ｓ ｔ ｕ ｄ ｏ ｎ ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ａ ｒ ａ ｍ ｅ ｔ ｒ ｉ ｃ ｍ ｏ ｄ ｅ ｌ ｉ ｎ ｙ ｐ ｇ ｍ ｕ ｌ ｔ ｉ ｆ ｏ ｒ ｍ ｉ ｎ ｏ ｉ ｎ ｔ ｏ ｆ －ｐ ｇ
１ ２ ２ １ ， ， Ｐ Ｅ Ｉ Ｙ ｏ ｎ ｓ ｈ ｅ ｎ Ｌ Ｉ Ｓ ｈ ｕ ｈ ｕ ｉ Ｚ ＨＡＯ Ｙ ｉ ｘ ｉ Ｊ Ｉ Ａ Ｈ ａ ｉ ｂ ｏ － － － － ｇ ｇ，
［］ 件进行多点成形过程的性能分析 。 笔者运用 Ｖ ｉ ｓ ｕ ａ ｌ Ｃ＋＋ ５ 和 ＡＮ Ｓ Ｙ Ｓ 软件进行了多点成形有限元参数 化
建模的研究 ， 使技术人员在分析时 ， 只需输入基本体的个数及尺寸 、 压边圈尺寸等相关的参数就可以快速 、 准 确地得到需要建立的模型 ， 由此可以大大缩短有限元分析的时间 ， 提高工作效率 。