一种薄板冲压仿真中的接触状况的显示方法 【技术领域】
本发明属于金属塑性加工领域， 在薄板冲压的仿真分析领域。具体为一种薄板冲 压仿真中的实际接触状况的显示方法。背景技术
薄板冲压成型仿真技术已经比较成熟， 可以准确的预测成型中的拉裂、 起皱部位， 对工件冲压后的回弹也有一定的预测精度。工业界中， 广泛应用冲压成型仿真技术对冲压 成型进行工艺分析， 修改工件的工艺补充， 调整压边力， 通过虚拟试模解决工件的成型性问 题。
随着仿真技术的发展和成熟， 薄板冲压成型分析技术可以用于其它精确成型的领 域， 处理工件成型后的表面出现的面畸变问题。所谓面畸变， 是指工件局部发生失稳， 在工 件表面出现细微的鼓包或凹坑 ( 高度或深度在 0.1mm 以下 )。这些面畸变的出现与实际模 具接触状态有很大关系， 但目前所有软件都没有显示出工件接触状态的功能。
仿真中冲压工件一般只计算了中面网格， 为了反映出真实情况， 需要计算出工件 的上表面和下表面， 现在的所有仿真分析软件中都不具备该功能。
本发明提出在冲压仿真结果显示出工件接触状态， 对合理确定修模部位和模具间 隙分析有重要意义。 该发明用于冲压仿真软件， 能够为仿真者提供更多工艺方面的信息， 对 提高工件表面质量能起到一定指导作用。 发明内容 本发明提出了在仿真中显示出这是接触状态的方法。本方法如下 ：
(1) 确定出工件上下表面的位置。根据板料的单元网格、 节点以及厚度， 采用偏置 算法确定出工件上下表面的位置。这里采用的偏置算法如下 ：
在商业软件中都具有几何型面偏置功能， 一般软件中， 凹模和凸模的几何型面都 是根据工件的几何型面偏置得到的。在商业软件中也具有单元网格的偏置功能， 通过凹模 网格， 通过法向偏置可以得到凹模网格。但文献中， 很少介绍网格节点的偏置算法。下面是 本发明提出的网格偏置算法。
网格偏置算法的关键是处理好偏置方向和偏置量的问题。
网格节点偏置算法， 是对节点一个一个进行偏置， 得到偏置后的网格。同一个节 点， 可能出现在多个单元中。对单独的单元上的某个节点， 其偏置方向就是其法向。偏置量 就是单个单元的偏置量。对多个单元的同一个节点， 单元法向不同， 偏置方向也不同， 如图 2 所示。这种情况下， 多个单元有多个偏置点， 偏置方向为偏移前的点 (A) 与这些偏置点的 中心 (M) 的向量 AM。偏置量为多个单元偏置量的平均值。
图 2 是有两条边的处理， B1， B2 分别是两条边上的偏置点， 偏置量分布为 D1， D2， M是 点 B1 和点 B2 的中点， 求出向量 AM， 处理为单元向量， AB 的长度等于 D1 和 D2 的平均值。这 样可计算 B 点的位置。更多条边， 也可按同样原理处理。
(2) 在分析结果中显示出凹模实际型面、 凸模实际型面、 以及工件上表面和下表 面， 从这些结果中可以分析工件与模具接触范围。有限元仿真中采用罚函数接触算法允许 穿透， 出现穿透后， 工件表面可以在模具表面外面， 也可以在模具表面里面。在模具表面外 的工件表面能显示出来， 在模具表面内的工件不能显示出来， 就出现了图 3 中所示的工件 上下表面与模具之间出现的穿透。这些出现穿透的部位实际上就是接触部位。
(3) 通过截面线分析方法， 得到工件上下表面的界面线， 并生成一个截面。取出模 具的界面线， 可显示出工件截面上的接触量。
本发明提出在冲压仿真结果显示出工件接触状态， 对合理确定修模部位和模具间 隙分析有重要意义。 该方面用于冲压仿真软件， 能够为仿真者提供更多工艺方面的信息， 对 提高工件表面质量能起到一定指导作用。 附图说明
图 1 工件与模具接触显示方法原理图 图 2 多条边共同节点的偏置方向和偏置单元处理 图 3 罚函数接触算法允许穿透 图 4(a) 本发明实施算例模型仿真模型 (b) 冲压工件单元网格以及厚度分布 图 5 通过工件网格和厚度偏置得到的工件上下表面网格具体实施方式
这里基于一个实际案例来说明该发明的实施过程和验证该发明的可应用性。 本发 明的实施过程如下 ：
图 4 是本发明验证的输入数据， 包括采用的仿真模型 ( 图 4a)， 工件单元网格以及 厚度分布 ( 图 4b)。采用前面介绍的偏置方法， 开发了应用程序， 通过计算得到了工件的上 下表面网格。图 5 是通过偏置算法得到工件的上下表面网格。通过工件上表面网格与凹模 网格的比较， 可分析凹模与工件的接触情况。 凹模主要在凹模圆角部位与工件接触， 在工件 底部， 也有部分接触。
通过工件下表面网格与凸模网格的比较， 可分析工件下表面与凸模的接触情况。 凸模与工件的接触部位很多， 工件与凸模底面大部分由接触。
通过截面线分析， 可分析在截面上工件与模具的接触状况。 穿透越大， 说明接触力 越大。