应用LS-DYNA进行薄板成形仿真
用ls-dyna的仿真计算
用ANSYS/LS-DYNA仿真计算发布时间:2003/02/15来源: 中国仿真互动双击鼠标滚屏ANSYS/LS-DYNA的前后处理器是ANSYS/PRE-POST,求解器LS-DYNA，是全世界范围内最知名的有限元显式求解程序。
LS-DYNA在1976年由美国劳伦斯·利沃莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory）J.O.Hallquist博士主持开发，时间积分采用中心差分格式，当时主要用于求解三维非弹性结构在高速碰撞、爆炸冲击下的大变形动力响应，是北约组织武器结构设计的分析工具。
LS-DYNA的源程序曾在北约的局域网Pubic Domain公开发行，因此在广泛传播到世界各地的研究机构和大学。
从理论和算法而言，LS-DYNA是目前所有的显式求解程序的鼻祖和理论基础。
1988年，J.O.Hallquist创建利沃莫尔软件技术公司（Livermore Software Technology Corporation），LS-DYNA开始商业化进程，总体来看，到目前为止在单元技术、材料模式、接触算法以及多场耦合方面获得非常大的进步。
1996年功能强大的ANSYS前后处理器与LS-DYNA合作，命名为ANSYS/LS-DYNA，目前是功能最丰富，全球用户最多的有限元显式求解程序。
ANSYS/LS-DYNA的用户主要是发达国家的研究机构、大学和世界各地的工业部门（航空航天、汽车、造船、零件制造和军事工业等）。
应用领域是：高速碰撞模拟（如飞机、汽车、火车、船舶碰撞事故引起的结构动力响应和破坏）、乘客的安全性分析（保护气囊与假人的相互作用，安全带的可靠性分析）、零件制造（冲压、锻压、铸造、挤压、轧制、超塑性成形等）、罐状容器的设计、爆炸过程、高速弹丸对板靶的穿甲模拟、生物医学工程、机械部件的运动分析等。
ANSYS/LS-DYNA强大功能的基础是求解器的理论基础和丰富算法。
利用LS-DYNA进行成形仿真的输入控制参数
利用LS-DYNA进行成形仿真的输入控制参数Translated by SunnyWinterLS-DYNA已广泛用于汽车碰撞分析。
默认的输入参数一般能给出有效，精确的碰撞模拟结果。
但是，这些默认值对于成形仿真分析并不一定理想。
下面是一个标准的金属成形过程。
为及时参考，推荐输入参数用黑体字标识，并包含在盒状关键字输入框中。
模型明确要求的数据，如终止时间等参数，输入黑体的0值。
一般问题设定在显式成形仿真中，利用质量比例缩放和（或者）人为的高工具速度，运行时间可以大大缩减。
这两种方法都会引入人为的动力学影响，因此必须将其减小到在工程意义上合理的水平。
一个单独的描述人为动力影响的参数是：工具每运动1毫米所采用的显式时间步进值（或周期）数目。
当成形过程允许大的无限的板料运动，比如冲击成形，需要更多的毫米周期数。
当板料被压边圈和冲模支撑较强的约束住时，较少的毫米周期数是必要的。
对大多数的仿真来说，100到1000之间的毫米周期数能产生合理的结果。
如果可能，或者有必要重复一个仿真，可利用两个不同的毫米周期值并比较分析结果去估计其对人为动力学影响的敏感性。
推荐选择的一个最大工具速度是2.0mm/ms,起始和结束速度为0。
可以使用简单的梯形速度轮廓（如图1）。
利用大的时间缩放步参数dt2ms获得要求的毫米周期数，可参考下面的公式：时间步大小=1.0/(最大工具速度*毫米周期数)工具速度，时间步大小和结束时间必须在协调的参照系中选择。
如果所有的工具运动给定，可用下面的步骤设置模拟参数：已知：工具全部行程（mm）:D最大工具速度（mm/ms）:2.0速度轮廓： 2.0毫秒上升和2.0毫秒下降的梯形（如图1）选择：毫米周期数：ncpm计算：结束时间（ms）: T=2.0+D/2速度数据点：（0.0，0.0）（2.0，2.0）（T-2.0,2.0） (T,0.0)时间步大小（ms）: dt2ms=1/(2*ncpm)上面的运算提供速度轮廓数据点用于下面的工具运动部分。
基于LS-dyna求解器的多工步冲压成形仿真分析
金属侧板 为例对基于Ｌ ～ ｙ ａ Ｓ ｄ ｎ 的多工 步成形 的冲压仿真
分析研究 。
冲压模技术 圈
ｗ＇ｅ ｍ ｏｕ ： ｃ ｆｅｔ ￣ ｗ． ｋｌ ｎ Ｉ －
２零件成形工艺分析
进 行 冲 压 成 形 分 析 前 需 对 零 件 进 行 分 析 并 结 合 零 件
３零件成形过程分析
ｊ Ｉ
． 一 一一 — 一 Ｉ ｉ １
的零件 的壁 厚信 息显 示 。 图１ 为 零件被 映 射得 到 的应 ４
变信 息。
ｊ
一
＃
。
图 １ 零 件被 映射 后 的 壁厚 信 患 ３
２ １年 第 ８期 【 ０１ 总第 １３期 ）ＷＷＷ ＭＯ Ｄ Ｃ Ｔ 模 具 工 程 ７５ ２ ＵＬ — ＮＮＥ
４ 冲压成形结果映射到碰撞模拟分析中
碰 撞 分 析 中 已 经 越 来 越 意 识 到 零 件 冲 压 成 形 后 对 碰 撞 结 果 的 影 响 了 。 金 属 板 料 成 形 后 的 残 余 的应 力 、 应 变 和 壁 厚 信 息 发 生 了 变 化 。 利 用 了增 量 法 的 冲 压 成 形 分 析 后 ， 将 所 得 到 的应 力 、 应 变 和 壁 厚 信 息 作 为 初
以及 节 约 了 产 品 研 发 过 程 中 研 发 成 本 。 各 种 板 料 成 形
分析的Ｃ Ｅ Ａ 软件 的求解算法不 外乎一步法 （ｎ ｓ ｅ ）和 ｏ ｅｔｐ 增量法 （ ｎ ｒ ｍ ｎ ａ ）。其中一步法 的应用 非常广泛 Ｉｃ ｅｅ ｔ １
７２ 模 具 工 程 、ｖ Ｍ Ｌ — ＮＮ Ｔ ２ １年 第 ８期 （ ＾ ＯＵ Ｄ Ｃ Ｅ ０ １ ， 总第 １３期 ２
之 前我们 需要知 道 此零件 的展 开形状 和 尺 寸及增 加 了
利用ANSYSLS-DYNA仿真计算
利用ANSYS/LS-DYNA仿真计算ANSYS/LS-DYNA的前后处理器是ANSYS/PRE-POST,求解器LS-DYNA，是全世界范围内最知名的有限元显式求解程序。
LS-DYNA在1976年由美国劳伦斯·利沃莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory）J.O.Hallquist博士主持开发，时间积分采用中心差分格式，当时主要用于求解三维非弹性结构在高速碰撞、爆炸冲击下的大变形动力响应，是北约组织武器结构设计的分析工具。
LS-DYNA的源程序曾在北约的局域网Pubic Domain公开发行，因此在广泛传播到世界各地的研究机构和大学。
从理论和算法而言，LS-DYNA是目前所有的显式求解程序的鼻祖和理论基础。
1988年，J.O.Hallquist创建利沃莫尔软件技术公司（Livermore Software Technology Corporation），LS-DYNA开始商业化进程，总体来看，到目前为止在单元技术、材料模式、接触算法以及多场耦合方面获得非常大的进步。
1996年功能强大的ANSYS前后处理器与LS-DYNA合作，命名为ANSYS/LS-DYNA，目前是功能最丰富，全球用户最多的有限元显式求解程序。
ANSYS/LS-DYNA的用户主要是发达国家的研究机构、大学和世界各地的工业部门（航空航天、汽车、造船、零件制造和军事工业等）。
应用领域是：高速碰撞模拟（如飞机、汽车、火车、船舶碰撞事故引起的结构动力响应和破坏）、乘客的安全性分析（保护气囊与假人的相互作用，安全带的可靠性分析）、零件制造（冲压、锻压、铸造、挤压、轧制、超塑性成形等）、罐状容器的设计、爆炸过程、高速弹丸对板靶的穿甲模拟、生物医学工程、机械部件的运动分析等。
ANSYS/LS-DYNA强大功能的基础是求解器的理论基础和丰富算法。
下面仅就LS-DYNA在模拟冲压、锻压和铸造等工艺过程的功能和特色进行说明：1. 冲压薄板冲压过程的物理描述是：在模具各部件（通常是凸模、凹模和压料板）的共同作用下，板料发生大变形，板料成形的变形能来自强迫模具部件运动外功，而能量的传递完全靠模具与板料的接触和摩擦。
LS-DYNA使用指南第六章
LS-DYNA使用指南第六章发表时间：2007-7-30 作者: 安世亚太来源: e-works关键字: 显式有限元LS-DYNA ANSYS第六章接触表面ANSYS/LS-DYNA中的接触表面可以使用户在模型中诸Component之间定义多种接触类型，本章将概要地讲述一下显式动态分析中定义物理上的真实接触。
必须注意的是显式动态分析中的接触与其它类型的ANSYS分析中的接触类型不同，在其它分析中，接触是由实际接触单元表示。
而在显式动态分析中没有接触单元。
只需定义接触表面，它们之间的接触类型以及相应的参数。
6.1接触的定义因为在显式动态分析中会发生复杂的大变形，所以确定模型内component之间的接触是非常困难的。
基于此原因，ANSYS/LS-DYNA程序中包含许多功能以使接触表面间的接触定义更容易些。
在ANSYS/LS-DYNA中采用 EDCGEN命令来定义所有接触表面。
使用 EDCGEN命令时遵循下列步骤：第一步；确定哪种接触类型最适合你的物理模型。
第二步：定义接触实体。
第三步：定义摩擦系数参数。
第四步：为给定的接触类型给定一些附加输入。
第五步：定义接触的杀死和激活时间。
第一步：定义接触类型为了充分地描述在大变形接触和动态撞击中的复杂几何体之间的相互作用，在ANSYS/LS-DYNA中引入了许多种接触类型。
这些接触类型，包括节点-表面，表面-表面，单面，单边，侵蚀，固连，固连断开，压延筋和刚性体接触，将在本章标题为“接触选项”中详细讨论，对于一般的分析而言，建议使用自动单面（ASSC），自动原则（AG），节点-表面（NTS），表面-表面（STS）接触选项。
第二步：定义接触实体除单面接触（ASSC，SS和ESS）、自动通用（AG）和单边接触（SE）外，所有的接触类型都必须在发生接触的地方定义contact表面和target表面，这可用节点components, PART ID 或部件集合ID定义。
LS-DYNA使用指南第六章
LS-DYNA使用指南第六章发表时间：2007-7-30 作者: 安世亚太来源: e-works关键字: 显式有限元LS-DYNA ANSYS第六章接触表面ANSYS/LS-DYNA中的接触表面可以使用户在模型中诸Component之间定义多种接触类型，本章将概要地讲述一下显式动态分析中定义物理上的真实接触。
必须注意的是显式动态分析中的接触与其它类型的ANSYS分析中的接触类型不同，在其它分析中，接触是由实际接触单元表示。
而在显式动态分析中没有接触单元。
只需定义接触表面，它们之间的接触类型以及相应的参数。
6.1接触的定义因为在显式动态分析中会发生复杂的大变形，所以确定模型内component之间的接触是非常困难的。
基于此原因，ANSYS/LS-DYNA程序中包含许多功能以使接触表面间的接触定义更容易些。
在ANSYS/LS-DYNA中采用 EDCGEN命令来定义所有接触表面。
使用 EDCGEN命令时遵循下列步骤：第一步；确定哪种接触类型最适合你的物理模型。
第二步：定义接触实体。
第三步：定义摩擦系数参数。
第四步：为给定的接触类型给定一些附加输入。
第五步：定义接触的杀死和激活时间。
第一步：定义接触类型为了充分地描述在大变形接触和动态撞击中的复杂几何体之间的相互作用，在ANSYS/LS-DYNA中引入了许多种接触类型。
这些接触类型，包括节点-表面，表面-表面，单面，单边，侵蚀，固连，固连断开，压延筋和刚性体接触，将在本章标题为“接触选项”中详细讨论，对于一般的分析而言，建议使用自动单面（ASSC），自动原则（AG），节点-表面（NTS），表面-表面（STS）接触选项。
第二步：定义接触实体除单面接触（ASSC，SS和ESS）、自动通用（AG）和单边接触（SE）外，所有的接触类型都必须在发生接触的地方定义contact表面和target表面，这可用节点components, PART ID 或部件集合ID定义。
lsdyna分析薄板成型
影响工件总体回弹的两个组成部分是：
弹性回弹 – 冲压成形中的弹性变形，主要是 由于凹凸模之间的间隙比板料厚度大的缘故。回 弹角可能会很大，这将导致严重的形状偏差。屈 服应力、模具间隙、板料厚度都是影响弹性回弹 的重要因素。
塑性回弹—塑性变形区残余应力的释放导致 应征偏差与回弹现象。影响塑性回弹的主要因素 是应力和板料厚度。
尽量使用DYNAFORM的网格EDIT功能获得理想的网格
前处理阶段
----自动定位，确定各部件之间的距离
上、下模间隙，1.1~1.2 部件的行程测量时应该考虑到壳单元的厚度 自动生成速度-时间运动曲线 压边力曲线
前处理阶段 ----- 其它问题
是否有后续工序？ 是否考虑重力影响？ 是否使用自适应网格？ 何时使用？
第三个动作 -上凹模闭合，对板料做 二次拉伸，并拉延出最 终的制件形状。 与常规拉延或拉伸成形 相比，反拉延多出一个 动作。并非所有的零件 都适于反拉延
成形极限图
成形极限图
如何制作FLD 通常的获得的方法： 大量实验 DYNAFORM的FLD图取自经验公式：
n ( 233 + 359 t ) 0.21 n If 0.1" ≤ t ≤0.21" , FLD0 = (20 + 525 t − 1250 t 2 ) 0.21 n If t > 0.21, FLD0 = × 20 0.21 If t < 0.1", FLD0 =
“二次弯曲”或所谓的“整形”成形，是消除简 单工件回弹的常用方法。
回弹示意图
回弹的计算
LS-NIKE求解：输入文件 nikin; LS940以前 LS-DYNA隐式求解器：与拉延同在一个 文件中（seamless switch solving ） 回弹量：任意节点在拉延构形和回弹构形中的 位移。Resultant displacement plot. 回弹方向：由原构形指向新构形.displacement vector plot.
DYNAFORM基于LS-DYNA的板料成形仿真软件介绍
Addendum Generation
DYNAFORM解决方案---成形仿真 产品设计到冲压零件
Binder Wrap
Draw
Trimming
Flanging
Springback
DYNAFORM工业应用及解决问题
• • • • • • • • • 起皱 拉裂 压边力 润滑方案 成形力 模具磨损 毛坯尺寸 回弹 压延筋布置
– Analytical Drawbead
• Quickly and easily defined as points and lines • Radius around line • Conveniently Modified
– Automatic drawbead force prediction provided
5 kN 10 kN
50 kN
成形力的确定
Newton
Time
原始坯料计算
DYNAFORM模拟过程
•前处理 –用于建立有限元模型
–优秀的网格划分工具
–自动化 •求解器 LS-DYNA –增量算法 –显示/隐式求解 –精确 •后处理
–读入结果
•回弹 •FLD •变形 •Etc.
DYNAFORM Simulation Procedure
Export UG Part file
– Like-to-Like Quality NURBS Surface
UG Prt File
CAD Interfaces “No Data Loss”
• Using Native Library - No Data Loss through Translation
Typical AutoForm Mesh
基于Dynaform的薄板阶梯盒形件拉深成形缺陷模拟研究
0引言盒形件在工业生产中有着广泛的应用，如电器部件和汽车部件等，由于盒形件的拉深较为复杂，既包括圆角部分的圆筒形拉深，又存在直边上的弯曲和拉延，加之盒形件的应力应变状态也很难分析，所以它的成形工艺设计和控制变形都非常困难，其成形过程常常产生许多缺陷，如拉裂、起皱、回弹补偿不当等[1，2，3]。
目前关于盒形件拉深模拟有相关研究，但薄板阶梯盒形件拉深的研究相对较少，本文是用dynaform 软件对给定薄板阶梯盒形件进行拉深成形模拟，找出影响缺陷的因素，并优选工艺参数组合以获得最佳工艺参数，据此设计模具可避免模具制造完成后的大量修模，满足工程使用要求。
1建模及工艺分析1.1工艺性分析阶梯盒形件三维数字模型如图1所示，材料为10，该件左右前后均对称，形状规则，盒身尺寸分别为67*30和109*60，圆角半径为2.7，料厚0.3mm ，件总高为24.5mm ，尺寸精度按IT14，精度不高，通过拉深能够成形，总体工序安排为：落料-拉深-切边-整形。
1.2建模及网格分析利用PROE5.0建立工件和凹模的实体模型，并以“*.igs ”文件格式保存。
将工件模型导入到dynaform5.9.3中，编辑修改零件层的名称和颜色，自动曲面网格划分，检查并修补网格，生成毛坯；导入凹模，网格划分后等距偏置出凸模，再分离出压边圈，如图2所示。
图2凹模、凸模、板料、压边圈网格2数值模拟与分析首先进行参数设置，单位默认，拉延类型选双动，凸模在上，接触界面选form one way s.to s.,冲压方向为Z 向，接触间隙为0.3mm ；接着定义工具、定义板料和定位工具设置；通过“辅助工具”-“节点距离”测量凸模的运动行程，定义凸模的速度曲线和压边圈的压力曲线，最后运行Ly-Dyna 提交计算，求解模型如图3所示。
计算结束后运行后处理程序，打开（*.d3plot ）文件，分别查看FLD 图、板厚变化图、等云值图等，分析产生缺陷———————————————————————基金项目:河北省教育厅科技指导类项目（Z2019094）；廊坊市科技支撑计划项目资助（2018011048）；廊坊市科技支撑计划项目资助（2018011014）。
应用LSDYNA进行薄板成形仿真课件
金属加工、钣金制造、精密制造等 领域中的冲压成形过程模拟。
04
薄板成形仿真研究现状
随着计算机技术和数值计算 方法的不断发展，薄板成形 仿真技术的研究和应用也越
来越成熟。
目前，国内外众多学者和企 业都在研究和应用薄板成形 仿真技术，并取得了一系列 重要的研究成果和应用案例
。
然而，薄板成形仿真技术仍 然存在一些挑战和问题，如 物理模型简化、接触摩擦问 题、网格划分等，需要进一 步研究和改进。
应用lsdyna进行薄板 成形仿真课件
目录
• 薄板成形仿真概述 • lsdyna软件介绍 • 薄板材料模型与参数 • 薄板成形过程模拟 • 薄板成形仿真案例展示 • lsdyna在薄板成形仿真的优缺点及改进方
向
01
薄板成形仿真概述
薄板成形仿真定义
薄板成形仿真是指通过数值模拟方法，模拟薄板在成形过程中的变形、应力、应变和模具与薄板之间的相互作用等物理和力 学行为。
要点二
塑性流动法则
描述了材料发生塑性变形时，应变和应力之间的关系。
材料本构模型
弹性本构模型
描述了材料在弹性范围内的力学行为。
塑性本构模型
描述了材料在塑性变形时的力学行为。
材料参数获取与处理
实验测量
通过实验来测量材料的弹性、塑性等参数。
数值模拟
通过有限元软件来模拟材料的力学行为，从 而获取材料的参数。
详细描述
在进行简单的弯曲成形仿真时，需要先建立模型，并进 行网格划分。在模型中，需要设置材料属性，如弹性模 量、泊松比、密度等，并施加边界条件和载荷。在运行 仿真后，需要对结果进行后处理，如提取位移、应力、 应变等数据，并进行数据处理和可视化。
案例二：复杂的冲压成形
应用LSDYNA进行薄板成形仿真
影响工件总体回弹的两个组成部分是：
弹性回弹 – 冲压成形中的弹性变形，主要是 由于凹凸模之间的间隙比板料厚度大的缘故。回 弹角可能会很大，这将导致严重的形状偏差。屈 服应力、模具间隙、板料厚度都是影响弹性回弹 的重要因素。
塑性回弹—塑性变形区残余应力的释放导致 应征偏差与回弹现象。影响塑性回弹的主要因素 是应力和板料厚度。
在设计工作的早期阶段 评价覆盖件及其模具设 计、工艺设计的可行性 (assess feasibility)；
在试冲试模阶段进行故 障分析，解决问题 (trouble shooting)；
在批量生产阶段用于缺 陷分析，改善覆盖件生 产质量(improve quality) ，同时可用来调整材料 等级。
如果达到极限，在后续工序中容易开裂。
输入文件的常用模板
*KEYWORD *TITLE template for metal forming $ $ use this input deck as a guide for setting up metal forming $ simulations with LS-DYNA $ $-------------------------------------------------------------------------------
例1：设计拉延筋位置
设计1
设计2
单位长度拉压筋阻力相同，拉延筋的布置不同
板料厚度减薄率对比
设计1：减薄率50%
设计2：减薄率40%
成形极限图对比
设计1 ：未通过
设计2 ：通过
例2 微型车顶盖的可成形性
厚度分布
成形极限图
仿真结果及其利用 ------其它应用
成形力---选择压机 压边力---控制阻力 是否存在局部开裂？ 板料的坯料形状？ 板料在后续工序中的成形剩余空间？
ANSYS LS-DYNA在热镀锌板拉深成形中的应用
现代制造工程２００９年第６期ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＰＰ／ＣＡＭ将式（２）代入式（１）中，整理后得：ＭＵ。
＋山＝Ｒ。
…………………………………（３）式中：Ｍ为有效质量矩阵，Ｍ＝Ｍ／Ａｔ２＋Ｃ／（２Ａｔ）；Ｒ。
为有效载荷向量，尺。
＝Ｑ。
一（Ｋ一２Ｍ／Ａｔ２）以一［Ｍ／Ａｔ２一ｃ／（２ａｔ）］配一山。
求式（３）即可获得ｔ＋△ｔ时刻的节点位移，进而求得ｔ＋△￡时刻的单元应力和单元应变。
２有限元模型的建立模拟镀锌薄板成形过程的有限元三维几何模型如图１所示。
有限元模型的模拟参数及几何参数见表１、表２。
模具各零件、板料及镀锌层均采用薄壳单元Ｂｅｌｙｔｓｃｈｋｏ－Ｗｏｎｇ．Ｃｈｉａｎｇ建模，壳单元厚度在实常数中定义。
材料模型选取塑性随动强化模型ＰｌａｓｔｉｃＫｉｎｅ－ｍａｔｉｃＭｏｄｅｌ。
考虑到模型的对称性，有限元分析取其１／４建立模型以节省计算时间，在板料的对称边界上施加对称边界条件。
图ｌ有限元模型１．冲头２．压边圈３．凹模４．钢板５．锌层表１有限元模型模拟参数冲头凹模镀锌板冲头圆凹模圆冲头钢板锌层直径／孔径／直径／角半径／角半径／行程／厚度／厚度／ｔｏｎｉｍｎｌｍｉｌｌｍｍｔｏｎｉｍｍｍｍ岬３１３２５５５５１２譬：３—７５２在模拟过程中，冲压作用时间为０．０１０ｓ，冲头的冲压行程为０．０１２ｍｍ。
压边力由工艺参数计算出为１．６ｋＮ【５】。
冲头的速度行程曲线以梯形和正弦曲线为最佳，笔者采用梯形曲线，冲压开始及结束时速度为零，冲压最大速度为１．５ｍ／ｓ。
３接触与摩擦的处理冲压过程中，模具与板料的接触不断发生变化，计算中由接触引起的边界条件，随着冲压的深入也要不断地更新。
在模具各部件与板料之间的接触，采用自动面对面接触（ａｕｔｏｍａｔｉｃｓｕｒｆａｃｅ—ｔｏ—ｓｕｒｆａｃｅｃｏｎｔａｃｔ）。
算法采用罚函数法，即在每一个时间步首先检查各从节点是否穿透主面，如没有穿透不做任何处理；如果穿透，则在该从节点与被穿透主面间引入一个较大的界面接触力，其大小与穿透深度、主面的刚度成正比。
应用LSDYNA进行薄板成形仿真
LS-DYNA简介
特点
LS-DYNA具有强大的材料模型库，可以模拟各种复杂的材料行为，如金属、复合材料、 橡胶等；同时，它还提供了丰富的接触模型和算法，能够处理复杂的接触问题。
总结词
该案例展示了如何使用LS-DYNA进行简单的薄板冲压过程仿真，包括冲压速度、模具 间隙等参数的设置。
详细描述
在案例一中，我们模拟了一个简单的薄板冲压过程，通过调整冲压速度和模具间隙等参 数，观察薄板的变形行为和应力分布。通过仿真结果，我们可以优化冲压工艺参数，提
高产品质量和生产效率。
案例二：复杂的薄板冲压过程
应用LS-DYNA进行薄板成 形仿真
目录
• 引言 • 薄板成形仿真基础 • 薄板成形仿真流程 • 案例分析 • 结论与展望
01
引言
目的和背景
目的
薄板成形仿真对于汽车、航空航天、造船等工业领域至关重要，通过模拟可以预测薄板在成形过程中 的变形、破裂、起皱等行为，从而优化工艺参数，提高产品质量。
背景
薄板成形仿真基础
薄板成形工艺
01
冲压成形
通过模具对金属板料施加压力， 使其发生塑性变形，从而获得所 需形状和尺寸的薄板零件。
弯曲成形
02
03
拉深成形
通过弯曲模具将金属板料弯曲成 所需形状，常用于制造各种弯曲 件。
通过拉深模具将金属板料拉入模 具型腔，使其形成深度较大的空 心零件。
有限元方法基础
离散化
总结词
该案例使用LS-DYNA进行薄板冲压过程 仿真，预测可能出现的缺陷，如起皱、 破裂等。
LS-DYNA使用指南
第七章材料模型ANSYS/LS-DYNA包括40多种材料模型，它们可以表示广泛的材料特性，可用材料如下所示。
本章后面将详细叙述材料模型和使用步骤。
对于每种材料模型的详细信息，请参看Appendix B,Material Model Examples或《LS/DYNA Theoretical Manual》的第十六章（括号内将列出与每种模型相对应的LS-DYNA材料号）。
线弹性模型·各向同性（#1）·正交各向异性（#2）·各向异性（#2）·弹性流体（#1）非线弹性模型·Blatz-ko Rubber(#7)·Mooney-Rivlin Rubber(#27)·粘弹性（#6）非线性无弹性模型·双线性各向同性（#3）·与温度有关的双线性各向同性（#4）·横向各向异性弹塑性（#37）·横向各向异性FLD（#39）·随动双线性（#3）·随动塑性（#3）·3参数Barlat（#36）·Barlat各向异性塑性（#33）·与应变率相关的幂函数塑性（#64）·应变率相关塑性（#19）·复合材料破坏（#22）·混凝土破坏（#72）·分段线性塑性（#24）·幂函数塑性（#18）压力相关塑性模型·弹-塑性流体动力学（#10）·地质帽盖材料模型(#25)泡沫模型·闭合多孔泡沫(#53)·粘性泡沫(#62)·低密度泡沫(#57)·可压缩泡沫(#63)·Honeycomb(#26)需要状态方程的模型·Bamman塑性（#51）·Johnson-Cook塑性（#15）·空材料（#9）·Zerilli-Armstrong(#65)·Steinberg(#11)离散单元模型·线弹性弹簧·普通非线性弹簧·非线性弹性弹簧·弹塑性弹簧·非弹性拉伸或仅压缩弹簧·麦克斯韦粘性弹簧·线粘性阻尼器·非线粘性阻尼器·索（缆）（#71）刚性体模型·刚体（#20）7.1定义显示动态材料模型用户可以采用ANSYS命令 MP， MPTEMP， MPDATA， TB， TBTEMP和 TBDATA以及ANSYS/LS-DYNA命令 EDMP来定义材料模型。
LS-DYNA使用指南
·幂律塑性
·应变率相关塑性
·复合材料破坏
·混凝土破坏
·地表材料
·分段线性塑性
·Honeycomb蜂窝材料
·Mooney-Rivlin橡胶
·Barlat各向异性塑性
·弹塑性流体动力
·闭合多孔泡沫
·低密度泡沫
·粘性泡沫
·可压缩泡沫
·应变率相关幂律塑性
·Johnson-Cook塑性
·空材料
EDWELD：定义无质量焊点或一般焊点
EDWRITE：将显式动态输入写成LS-DYNA输入文件
PARTSEL：选择部件集合
RIMPORT：把一个显式分析得到的初始应力输入到ANSYS
REXPORT：把一个隐式分析得到的位移输出到ANSYS/LS-DYNA
UPGEOM：相加以前分析得到的位移，更新几何模型为变形构型
除了PLANE162之外,以上讲述的显式动态单元都是三维的,缺省时为缩减积分(注意：对于质量单元或杆单元缩减积分不是缺省值)缩减积分意味着单元计算过程中积分点数比精确积分所要求的积分点数少。因此,实体单元和壳体单元的缺省算法采用单点积分。当然,这两种单元也可以采用全积分算法。详细信息参见第九章沙漏,也可参见《LS-DYNA Theoretical Manual》。
belytschkotsay薄膜keyopt15速度快建议在大多数薄膜分析中使用缩减单点积分很好地用于关心起皱的纺织品例如大的平面压缩应力破坏较薄的纤维单元全积分belytschkotsay薄膜keyopt19明显的比通用薄膜单元慢keyopt15面内有四个积分点无沙漏三角型薄壳keyopt14单元基于mindlinreissner平板理论该构型相当僵硬因此不建议用它来整体划分网格使用单点积分bciz三角型薄壳keyopt13单元基于kirchhoff平板理论三角型薄壳单元慢使用单点积分ansyslsdyna用户手册中有关shell163的描述对可用的壳单元算法作了完整的介绍
利用LS-DYNA进行成形仿真的输入控制参数
利用LS-DYNA进行成形仿真的输入控制参数Translated by SunnyWinterLS-DYNA已广泛用于汽车碰撞分析。
默认的输入参数一般能给出有效，精确的碰撞模拟结果。
但是，这些默认值对于成形仿真分析并不一定理想。
下面是一个标准的金属成形过程。
为及时参考，推荐输入参数用黑体字标识，并包含在盒状关键字输入框中。
模型明确要求的数据，如终止时间等参数，输入黑体的0值。
一般问题设定在显式成形仿真中，利用质量比例缩放和（或者）人为的高工具速度，运行时间可以大大缩减。
这两种方法都会引入人为的动力学影响，因此必须将其减小到在工程意义上合理的水平。
一个单独的描述人为动力影响的参数是：工具每运动1毫米所采用的显式时间步进值（或周期）数目。
当成形过程允许大的无限的板料运动，比如冲击成形，需要更多的毫米周期数。
当板料被压边圈和冲模支撑较强的约束住时，较少的毫米周期数是必要的。
对大多数的仿真来说，100到1000之间的毫米周期数能产生合理的结果。
如果可能，或者有必要重复一个仿真，可利用两个不同的毫米周期值并比较分析结果去估计其对人为动力学影响的敏感性。
推荐选择的一个最大工具速度是2.0mm/ms,起始和结束速度为0。
可以使用简单的梯形速度轮廓（如图1）。
利用大的时间缩放步参数dt2ms获得要求的毫米周期数，可参考下面的公式：时间步大小=1.0/(最大工具速度*毫米周期数)工具速度，时间步大小和结束时间必须在协调的参照系中选择。
如果所有的工具运动给定，可用下面的步骤设置模拟参数：已知：工具全部行程（mm）:D最大工具速度（mm/ms）:2.0速度轮廓： 2.0毫秒上升和2.0毫秒下降的梯形（如图1）选择：毫米周期数：ncpm计算：结束时间（ms）: T=2.0+D/2速度数据点：（0.0，0.0）（2.0，2.0）（T-2.0,2.0） (T,0.0)时间步大小（ms）: dt2ms=1/(2*ncpm)上面的运算提供速度轮廓数据点用于下面的工具运动部分。
ls-dyna模拟小球撞击薄壁方管
CM,_Y1,AREA
CHKMSH,'AREA'
CMSEL,S,_Y
!*
AMESH,_Y1
!*
CMDELE,_Y
CMDELE,_Y1
CMDELE,_Y2
!*
/UI,MESH,OFF
FINISH
/SOL
MP,DENS,1,7865
MP,EX,1,200e9
MP,NUXY,1,0.27
TB,PLAW,1,,,1,
TBDAT,1,310e6 !屈服应力
TBDAT,2,763e6 !切线模量
TBDAT,3,0.01 !硬化参数
TBDAT,4,40.0 !应变率参数
TYPE, 1
MAT, 2
REAL, 1
ESYS, 0
SECNUM,
!*
ESIZE,0.005,0,
FLST,5,2,5,ORDE,2
FITEM,5,1
FITEM,5,-2
CM,_Y,AREA
CSDELE,11, ,1,
!生成分割线
FLST,3,2,4,ORDE,2
FITEM,3,6
FITEM,3,12
LGEN,2,P51X, , , , ,0.4, ,0
FLST,3,2,4,ORDE,2
FITEM,3,6
FITEM,3,12
LGEN,2,P51X, , , , ,0.6, ,0
FLST,2,2,5,ORDE,2
FITEM,2,1
FITEM,2,4
ASBV,P51X, 1
APLOT
用ls-dyna的仿真计算
用ANSYS/LS-DYNA仿真计算发布时间:2003/02/15来源: 中国仿真互动双击鼠标滚屏ANSYS/LS-DYNA的前后处理器是ANSYS/PRE-POST,求解器LS-DYNA，是全世界范围内最知名的有限元显式求解程序。
LS-DYNA在1976年由美国劳伦斯·利沃莫尔国家实验室（Lawrence Livermore National Laboratory）J.O.Hallquist博士主持开发，时间积分采用中心差分格式，当时主要用于求解三维非弹性结构在高速碰撞、爆炸冲击下的大变形动力响应，是北约组织武器结构设计的分析工具。
LS-DYNA的源程序曾在北约的局域网Pubic Domain公开发行，因此在广泛传播到世界各地的研究机构和大学。
从理论和算法而言，LS-DYNA是目前所有的显式求解程序的鼻祖和理论基础。
1988年，J.O.Hallquist创建利沃莫尔软件技术公司（Livermore Software Technology Corporation），LS-DYNA开始商业化进程，总体来看，到目前为止在单元技术、材料模式、接触算法以及多场耦合方面获得非常大的进步。
1996年功能强大的ANSYS前后处理器与LS-DYNA合作，命名为ANSYS/LS-DYNA，目前是功能最丰富，全球用户最多的有限元显式求解程序。
ANSYS/LS-DYNA的用户主要是发达国家的研究机构、大学和世界各地的工业部门（航空航天、汽车、造船、零件制造和军事工业等）。
应用领域是：高速碰撞模拟（如飞机、汽车、火车、船舶碰撞事故引起的结构动力响应和破坏）、乘客的安全性分析（保护气囊与假人的相互作用，安全带的可靠性分析）、零件制造（冲压、锻压、铸造、挤压、轧制、超塑性成形等）、罐状容器的设计、爆炸过程、高速弹丸对板靶的穿甲模拟、生物医学工程、机械部件的运动分析等。
ANSYS/LS-DYNA强大功能的基础是求解器的理论基础和丰富算法。
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成形极限图
成形极限图
如何制作FLD
通常的获得的方法： 大量实验 DYNAFORM的FLD图取自经验公式：
n (233 359 t ) 0.21 n If 01 . " t 0.21" , FLD0 (20 525 t 1250 t 2 ) 0.21 n If t 0.21, FLD0 20 0.21 If t 01 . ", FLD0
拉延筋阻力F= Ffriction +Fbending
薄板成形仿真的准备工作 -----拉延筋单位长度的阻力 如何确定两条曲线？ 1. DBFP？ 2. 建立自己的数据库 试验装置 不同形式的拉延筋
如何拟和试验与仿真的结果
薄板成形仿真的准备工作 -------压机参数
压机的类型，模具结构 压边力 or 压边间隙 行程曲，是消 除简单工件回弹的常用方法。
回弹示意图
回弹的计算
LS-NIKE求解：输入文件 nikin; LS940以前
LS-DYNA隐式求解器：与拉延同在一个 文件中（seamless switch solving ） 回弹量：任意节点在拉延构形和回弹构形中的 位移。Resultant displacement plot. 回弹方向：由原构形指向新构形.displacement vector plot.
与模拟结果拟和
薄板成形仿真的准备工作 -----拉延筋单位长度的阻力 *contact_drawbead
LCIDRF:确定板料在拉延筋弯曲展直变 形的阻力,Fbending=B(δ)
LCIDNF:确定板料在下压过程中的法向 力,Fnormal=N (δ),据此确定摩擦力,
Ffriction =μ Fnormal
主要内容
薄板成形工艺和术语
薄板成形仿真的准备工作 前处理阶段的工作 仿真分析结果及其用途 输入文件的常用模板
其它常见的问题及处理方法
建议的参考资料
薄板成形工艺及术语
成形工艺包括
拉延（DRAW） 切边（TRIM） 翻边（FLANGE）
程序中使用的重要术语
拉延 正拉延 (toggle) 反拉延 (inverted) 压边 (binder wrap) 拉延筋 (draw bead) 回弹（spring back） 减薄（thinning）
薄板成形仿真的准备工作 -----板料的材料 ？ 由产品商提供 ？完全由试验测得 常用的方法：
1. 试验 单向拉伸 2. 获得应力应变曲线 3. 拟和选定的LS-DYNA本构参数
薄板成形仿真的准备工作 -----板料的材料
Springback 分析中的材料 ??
薄板成形仿真的准备工作 -----摩擦系数 摩擦性能试验 装置（？国内用户） 能够充分反映操作过程中的涂油条件 结构简单 精确控制主要参数
第二个动作 -上凸模将板料拉 延成形。上凸模固定 于内压头，将板料从 压边圈下拖进凹模型 腔。 下凹模是实心的 并固定不动，
反拉延
第一个动作— 上压边圈闭合以紧固 板料并置拉延筋。板 料由下凸模支撑以得 到一个好的外形。当 压边圈闭合时，与正 拉延相比，对板料做 下垂控制和反吹。
第二个动作 --
尽量使用DYNAFORM的网格EDIT功能获得理想的网格
前处理阶段
----自动定位，确定各部件之间的距离
上、下模间隙，1.1~1.2
前处理阶段 -----几何模型的读入 几何模型最好为IGES
带工艺补充部分 标明切边线
对局部的修改
分析模型较CAD/CAM精度高
对丢失、缝隙、形态差的曲面进行修复
减少划网格的工作量
前处理阶段 -----单元的划分规则
应遵守基本的有限元建模准则，下面是一些具体要求： 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 纵横比小于10； 内角不超过30； 翘曲角不超过20； 尽量用四边形单元而避免使用三角形单元； 部件单元的法线方向一致； 部件边界检查； 重单元检查； 避免划分太小的单元。
以上公式确定极限图的最低点。
回 弹
板料紧贴模具形状成形。然而，成形 ( 切边 ) 结束后，将工 件从模具中取出时，其形状会发生变化，这种形状的变化 称之为“回弹”。
回弹现象随材料屈服应力、模具间隙、弯曲半径的增大而 显著，随材料厚度的增加而减弱。
在模具设计过程中必须考虑回弹因素，这样工件的最终形 状才能满足外观的设计要求及装配要求。不同材料的回弹 程度也不同。
薄板成形仿真的准备工作 -----板料的材料
应变的选择？（工程、真实） 各向异性？（正交、纵向） 屈服准则？（与各向异性性质相关）
硬化准则？（曲线、幂指数、多项式）
应变率效应？（是否明显？） 选择LS-DYNA何种材料本构？ *mat_3-parameter_barlat *mat_transversely_anisotropic_elastic_plastic *mat_fld_anisotropic
影响工件总体回弹的两个组成部分是：
弹性回弹 – 冲压成形中的弹性变形，主要是 由于凹凸模之间的间隙比板料厚度大的缘故。回 弹角可能会很大，这将导致严重的形状偏差。屈 服应力、模具间隙、板料厚度都是影响弹性回弹 的重要因素。
塑性回弹—塑性变形区残余应力的释放导致 应征偏差与回弹现象。影响塑性回弹的主要因素 是应力和板料厚度。
拉裂(fracture)
起皱(wrinkle) 成形极限图(FLD)
说明：请参看 DYNAFORM APPLICATION MANUAL
薄板成形工艺及术语
正拉延：
第一个动作 -上压边圈闭合，压紧板 料。上压边圈固定于外上方 的支架，由固定压力控制， 通过压力调整可以减小或增 大固定压力。 压边圈闭合时，不对板 料做下垂控制或反吹。
上压边圈压紧下压边圈， 从而使板料绕凸模拉伸。 该动作的目的在于用拉延 筋将板料固定于压边圈之 间，防止板料移动。 所有外凸形状均在该动作 内实现。
第三个动作 --
上凹模闭合，对板料做 二次拉伸，并拉延出最 终的制件形状。
与常规拉延或拉伸成形 相比，反拉延多出一个 动作。并非所有的零件 都适于反拉延