综合运用HyperMesh和Deform的汽车顶杆有限元分析【文献】

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朱卉，龚红英，赵中华，李名尧

(上海工程技术大学材料工程学院，上海 201620)

摘要：时汽车缜杆零件进行挤压成形工艺有限元分析时，网格处理先不采用 Deform 软件，而是用 HyperMesh 软件对其几何清理、网格划分、网格输出.然后，再将处理过的有限元模型(Finite Element Model,FEM) 导入 Deform 软件进行等鼓应力的数值计算，并与用 Deform 软件进行同

格处现的同一模型进行比较.分析结果表明，两者数值模拟结果非常接近，而且前者模拟时间大大缩短.由此可见，综合运用 HyperMesh 和 Deform 可以提高模拟工作的效率.

关曜词|HyperMesh 软件,Deform 软件: 汽车71杆零件: 有限元分析

中图分类号：TG 315 文献标志码：A

Finite Element A nalysis of Car Ejector Part by Comprehensive Application of HyperMesh and Deform

ZHU Hui. GONG Hong-ying, ZHAO Zhong-hua, LI Ming-yao

(College of Materials Engineering. Shanghai University of Engineering Science* Shanghai 201620. China

Abstract：In the extrusion forming finite element a nalysis of the car ejector » HyperMesh is used for mesh processing including geometry clean-up,meshing and mesh output rather than using Deform. Then•the FEM aften mech processing was induced into Deform software for numerical calculation of equivalent stress. Comparing with that of the same model processed in Deform,it shows that two numerical simula¬ tions are very close,and the former simulation takes much less time.so comprehensive application of Hy¬ perMesh and Deform can improve the simulation efficiency.

Key words：HyperMesh software；Deform software；car ejector part；finite element an alysis

在实际工程中，各类专用有限元软件在几何建模、网格划分、分析计算及结果处理方面各有专长. 虽然大多数情况下，只需单一软件就能完成整个有限元分析过程，但过程往往比较复杂，效率不高，顾此失彼，达不到预期效果•所以，结合各软件的长处，灵活运用就显得尤为必要.

汽车顶杆采用冷挤压成形.挤压工艺有限元分析比较主流软件之一是 Deform•它是美国 SFTC 工具检查，调整单元质量.对于 2D 网格来说「as- pect ratio* » "skew", "min size" , "min angle tria"和"max angle tria" 等指标特别重要.可以将 "check element"面板中的 "standard"改为 "assign plot”,不同的网格色块会直观地反映网格质量，对个别质量较差的单元，反复使用"check elem" , failed save” 和 “mask” 等功能，或者用“edit ele- ment”调整单元.最后，根据质量指标（Q1）值对全部单元标准指标进行评判.理论上来说 QI 值越小越好，如图 2 所示.HyperMesh 软件无法直接对 3D 网格模型进行调节，所以 .要严格控制 2D 网格单元的质量，以便生成优质 3D 网格单元.3D 网格单元质量中，比较重要的指标是雅可比（Jacobian）值，一般要求该值大于 0. 6.

3）经过反复测试，采用 HyperMesh 软件对单元网格进行整体连接检查时，会生成一些其他的层，如 “face” 等，在最后导出网格时，要求删除 2D 网格层和其他不需要的图层，将所有信息合并到 3D 网格所在的唯一层，否则，网格无法导入 Deform 软件进行后续分析。

1.3 网格输出

HyperMesh 软件导出 FEM 模型比较方便，导出时注意导出文件类型为 “custome”，同时，加载 “templates\feoutput\Deform\fea.key” 临时文件即可，此时的有限元文件格式就是 Deform 软件中的求解器可以识别的文件格式.在 Deform 软件的 "mesh"选项中，一次性将几何实体与网格一起导人 Deform 软件，结果如图 3 所示.

2 使用 Deform 计算等效应力

将 HyperMesh 划分好网格的顶杆有限元模型编号为 1,由 Deform 自带的前处理器划分网格

（网格数控制为相同）的汽车顶杆有限元模型编号为 2.因为汽车顶杆是在室温下挤压成形的，故无需考虑温度制度.同时，零件上下两部分接口处受3 向压力作用.受力情况复杂，取得该处的等效应

力数值有利于改善模具设计以及调整设备功率.在 Deform 模拟时，两者设置同样的凹凸挤压模、顶杆材质、步长（一般为最小网格长度的 1/3）和增景、定位关系和上模运动速率.在边界条件的设置中, 选择 cold forming（steel dies）库仑摩擦因数为 0. 12,与模具的接触容差设为 0.021 8 ,生成全部的接触点"。等待运行结束后，在模拟文件 Log 中分别提取结果.如图 4 所示.

从文本文件可以读出 1 号模型的过程顺利.没有网格质量问题,模拟总耗时为 363 s. 而 2 号模型出现"program stopped because of bad element shaped",进行了一段时间的 remeshing, 总共耗时 557 ，后处理中，分别在 2 个汽车顶杆零件上下连接处选取不同位置的3 点进行等效应力数值比较，发现 1 号模型的 3 点受力分别为15.9, 15. 3 和 9.01 MPa,2 号模型的 3 点受力分别为16.1,15. 7

和 9.8 MPa. 计算得出的等效应力值比较接近，如图 5 所示.两模型其他部分的受力情况大体相当，从顶部往底部应力减少.挤压后期.杆部基本不受应力作用. 2 个模型模拟结果说明.经过 Hy¬ perMesh 划分网格的模型可以成功地导入 De- form,计算结果精确、计算速度快.

3 结语

改进单一采用 Deform 软件进行冷挤压过程模拟的传统方式，利用 HyperMesh 强大的网格划分能力和丰富便捷的软件接口，对前处理具有重要影响.将 Deform 功能较弱的网格划分转移到 Hy- perMesh 进行，通过控制 2D 网格质量生成高质量的 3D 网格.再导入 Deform 中求解计算，避免了 Deform 只能在模拟过程发现低质网格.无法运算

时再重新分网的现状，提高了网格质量，节省了模拟时间.总之，综合运用各类软件的长处.将有限元前处理和求解过程分别放在不同的专业有限元软件中进行处理的措施.极大地提高 CAE 的分析效率.

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DEFORM-3D 基本操作入门-钱荣芳

前言有限元法是根据变分原理求解数学物理问题的一种数值计算方法。由于采用类型广泛的边界条件，对工件的几何形状几乎没有什么限制和求解精度高而得到广泛的应用。有限元法在40年代提出，通过不断完善，从起源于结构理论、发展到连续体力学场问题，从静力分析到动力问题、稳定问题和波动问题。随着计算机技术的发展与应用，为解决工程技术问题，提供了极大的方便。现有的计算方法(解析法、滑移线法、上限法、变形功法等)由于材料的本构关系，工具及工件的形状和摩擦条件等复杂性，难以获得精确的解析解。所以一般采用假设、简化、近似、平面化等处理，结果与实际情况差距较大，因此应用不普及。有限元数值模拟的目的与意义是为计算变形力、验算工模具强度和制订合理的工艺方案提供依据。通过数值模拟可以获得金属变形的规律，速度场、应力和应变场的分布规律，以及载荷-行程曲线。通过对模拟结果的可视化分析，可以在现有的模具设计上预测金属的流动规律，包括缺陷的产生(如角部充不满、折叠、回流和断裂等)。利用得到的力边界条件对模具进行结构分析，从而改进模具设计，提高模具设计的合理性和模具的使用寿命，减少模具重新试制的次数。通过模具虚拟设计，充分检验模具设计的合理性，减少新产品模具的开发研制时间，对用户需求做出快速响应，提高市场竞争能力。一、刚(粘)塑性有限元法基本原理刚(粘)塑性有限元法忽略了金属变形中的弹性效应，依据材料发生塑性变形时应满足的塑性力学基本方程，以速度场为基本量，形成有限元列式。这种方法虽然无法考虑弹性变形问题和残余应力问题，但可使计算程序大大简化。在弹性变形较小甚至可以忽略时，采用这种方法可达到较高的计算效率。刚塑性有限元法的理论基础是Markov变分原理。根据对体积不变条件处理方法上的不同(如拉格朗日乘子法、罚函数法和体积可压缩法),又可得出不同的有限元列式其中罚函数法应用比较广泛。根据Markov变分原理，采用罚函数法处理，并用八节点六面体单元离散化，则在满足边界条件、协调方程和体积不变条件的许可速度场中对应于真实速度场的总泛函为：I≈∑π(m)=π(1,2,.….,m)(1)对上式中的泛函求变分，得：∑=0(2)采用摄动法将式(2)进行线性化：=十un(3)将式(3)代入式(2),并考虑外力、摩擦力在局部坐标系中对总体刚度矩阵和载荷列阵，通过迭代的方法，可以求解变形材料的速度场。二、Deform-3d基本模拟功能切削machining(cutting)成形forming模具应力分析diestressanalysis滚轧shapandringrolling热处理heattreatment三、Deform-3d基本结构与方法包括前处理程序(Pre-processor)、模拟程序(simulator)和后处理程序(PostProcessor)。首先要在CAD软件(如Pro/E、UG等)中进行实体造型，建立模具和坯料的实体信息并将其转换成相应的数据格式(STL);然后在软件中设定变形过程的相应环境信息，进行网格剖分；再在应用软件上进行数值模拟计算；最后在后处理单元中将计算结果按需要进行输出。事实上，由于设置了冷成形、工件材料、模具等信息后，环境条件几乎全是默认的。因此只要熟悉了操作步骤，严格按要求操作可以顺利完成预设置工作(pre-processor);设置完成后，通过数据检查(checkdata)、创建数据库(generatedata),将数据保存，然后关闭操作；开启模拟开关(switchsimulation)、运行模拟程序(runsimulation),进入模拟界面，模拟程序开始自动解算，在模拟解算过程中，可以打开模拟图表(simulationgraphics)监视模拟解算进程，并进行图解分析，对变形过程、应力、应变、位移、速度等进行监视。应用后处理器(postprocessor),分析演示变形过程，也可以打开动画控制开关(animationcontrol),隐去工(模)具(singleobjectmode),进行动画演示。并同时可以打开概要(summary)和图表(graph),对荷栽、应力、应变、位移和速度等进行详细分析。四、软件安装Deform-3d软件的安装，只要按提示操作，可以顺利完成安装。安装完成后，分别打开原始程序文件夹和已经安装好的程序文件夹，在原始文件夹中找到MAGNiTUDE文件夹并打开，将其中的文件拷贝到已经打开的安装文件夹中，重新启动计算机。五、操作步骤1、设置问题(problemsetup)——打开程序，在打开的界面上，点击“文件file”——“新问题newproblem”—选择“成形forming”——问题位置problemlocation(一般选家属目录homedirectory)——修改问题名称problemname(可以不改)——点击“完成finish”,打开操作界面。2、操作设置(operationsetup)——选择“公制SI”——修改操作名称operationname(可以不改)—选择成形形式formingtype—选择形状复杂度shapecomplexity(一般默认为适度)——设置对象(工件)object(workpiece)一—工件形状选择workpieceshape——对象数量选择numberofobjects——设置工件对象(温度、塑性等已经默认)—输入或界定对象模型importgeometryordefineprimitivegeometry通过输入确定工件形状与尺寸——网络划分mesh,输入单元数，一般选2000~3000。—选择材料material(从材料库中选择importmaterialfromlibrary)——设置边界条件boundarycondition(一般为默认)详细内容请见附件免责声明：本页面/内容部分素材来源于互联网公开信息，旨在传递更多信息，不代表本平台立场。版权归原作者或机构所有，如涉及侵权，请通过平台联系我们，我们将在核实后第一时间处理。本平台对转载内容的真实性、准确性不作任何保证，用户需自行判断并承担使用风险。

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