機械專業(yè)外文文獻翻譯-外文翻譯--板料成形中有限元仿真及相關技術的研究進展

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附件 1：外文資料翻譯譯文  板料成形中有限元 仿真 及相關技術 的 研究進展  1 理研和光材料制造實驗室  ，日本   2 法國國家科學研究中心，法國   3 京大學，六本木，東京都港區(qū)，日本   摘要   本文概述了汽車制造商和鋼板供應商采用 的 板料成形 仿真 及相關技術的 現(xiàn)狀 。為此，作者 調(diào)查了 歐洲 、 日本和美國 的行業(yè)，與 工程師和研究人員討論上述問題。 各行業(yè)中使用的 軟件 如表所示，行業(yè)用戶對有限元素的評價 也歸納在表中 。根據(jù)這些信息 提出在這領域 的研究方 法。  關鍵詞     板料沖壓成形，仿真，有限元法，計算機輔助設計  1 導言   汽車行業(yè)面臨著全球范圍嚴重的挑戰(zhàn)：激烈的市場競爭和嚴格的政府 環(huán)境保護法規(guī)。 汽車制造商 為 迎接這些挑戰(zhàn) 而采取 的戰(zhàn)略 是 有時稱為 3R 的策略： 縮短上市時間，降低開發(fā)成本 以 贏得競爭 ， 減少車輛重量 以 提高燃料效率。 來 實現(xiàn) 三個目標的 解決方案 必不可少的要 在產(chǎn)品開發(fā)和進程設計 中采用基于   統(tǒng)集成技術。  這一努力最顯著的部分在于 減少 沖壓車身面板相關的 加工費用和 提前期 ， 甚至在增加 技術難 度 ，如使用鋁合金和高強度鋼，和要求 沖壓件 高幾何精度 情況下 。 為處理這 趨勢所帶來的 超越過去的經(jīng)驗 的 問題 ， 板料成形 仿真 的數(shù)值 方法 顯 得越來越重要 。它由計算機試錯 取代了物理沖壓試 錯 。   成功的數(shù)值 仿真 主要取決于 成形 仿真 軟件 的 進展，但其他相關的技術 的 進展也很重要。相關技術 的 例子 有能迅速構建和修改加工表面的 統(tǒng) ， 或多或少 在  使用戶能夠掌握大量的數(shù)據(jù) 的可視化的 硬件和軟件 以及 最后 在合理的時間內(nèi) 處理大型仿真的計算機硬件 。 本文 的目的 在于總結業(yè)界 金屬板料成形 仿真 和相關技術實現(xiàn) 現(xiàn)狀 ，并 對 未來的研究方向 提出建議 。 在 80 和 90 年 代 關于金屬 板料成形 仿真 已舉辦了許多國際會議 并 發(fā)表了許相 關文章 。然而， 通過 這 些 信息還不足以 解決 上述問題 。由于這個原因， ， 作者決定訪問 調(diào)查 歐洲 、日本和美國 的 汽車行業(yè)和鋼板供應商 ， 與 工作 在模具沖壓 車間和企業(yè)沖壓部門的 工程師和研究人員 來 討論這些具體 課 題。   2  歷史背景    本世紀中葉 對 板料成形過程 的 分析研究已經(jīng)開始 ， 在 60 年代 ， 數(shù)值程序（有限差分方法） 被 應 用 于 軸對稱 拉伸 過程分析中。雖然這種 工作對于 金屬成形分析理論貢獻 巨大 ， 但是 它還不 能 應 用于實際生產(chǎn) 。   非線性有限元仿真打開了真實工業(yè)沖壓過程仿真之路， 1985 年在安阿伯密歇根州 的 板材 成形過程計算機建模 專題討論會 提出了使用殼單元的彈塑性 有限元方法對 三維汽車車身面板成形 過程建模 。 研究 中，對 升降機窗口外 形的拉伸過程 和甲板蓋的 壓邊圈夾緊 過程進行了 仿真 ， 但 它們尚處于 測試和評價 的 階段 。 因此，在這個會議中 ，幾何建模方法 [ 10 月 12 日 ]和簡化的力學建模方法更 受到業(yè)界 贊賞， 發(fā)表 了許多關于成形仿真 的文章 ， 其中 兩個重要 方向?qū)?使板料成形仿真 提升 到一個新的 水平 ，一個是動力顯式軟件的應用 ，另一個是 一步法 的提出。在文獻 【 16】 中 昂納克和 明 采用 對 一個油底殼和散熱器部分深 拉深，可獲得用靜態(tài) 顯式軟件 法獲得的的深拉深形狀， 包括凸緣起皺 。 會后，一些用于 板料成形 仿真的 動力顯式軟件 如   開發(fā)出來，并且許多汽車企業(yè)開始嘗試使用這些 軟件 。  另一方面，開發(fā) 了基于  和 常 [18]理念提出 的 一步法 ， 其中 使 用一個大時間步長 值 ， 逆變形板料 從最 終的零件 配置到最初的板料配置。這個方法的主要好處是計算時間非常短，并且，根據(jù)這個 方法 開發(fā)了許多 軟件，主要 在歐洲 如  與此 同時 進行了 根據(jù)靜態(tài) 隱式 增 量 方法 ， 這 也許是 仿真 金屬板 變形 的最適當?shù)姆椒?， 進行 軟件 開發(fā)。那些 成果 在汽車制造業(yè) 3 和  的三維金屬 板料有限元仿真 的國際專題討論會 上 被提出 了 。 在 我們 訪問 的企業(yè)所 用 的 靜態(tài) 隱式 增 量軟件 是 為了避免在靜態(tài) 隱式 方法 遇到 的 收斂 問題，開發(fā)了靜態(tài) 顯式 軟件 最 近 十年期間，由于這些非常密集的 研究 ，板料成形 仿真 發(fā)生 了 顯著 的變 化 ， 如表 1 所示 。 有 幾個獨立 的 研究小組 在 10 年前開發(fā)他們自己的 有限元 軟件 并且使用 自己的軟件 解決他們的問題。然而， 在 今天，情況 已顯著改變了。有三 組 人 ：  研究員、軟件開發(fā)商和軟件用戶。 員也許 是 屬于研究員小組， 而 多數(shù)工作在汽車制造商和板料供應商 那里 的工程師 屬于 軟件用戶小組。 當 軟件開發(fā)商和用戶建立了一個非常 強 的 聯(lián)系 時 ，這兩個小組之間的 聯(lián)系 卻 相當 弱了 。   1998 圖 1 最 近 十年期間金屬板 材 成形仿 真 的 趨勢 。  3  企業(yè)中使用的軟件   我們走訪了列于表 1 至 3 的 12 家公司。 地區(qū)和 公司 的 選擇是基于我們的 興趣 ，而 非基于 系統(tǒng) 化 戰(zhàn)略。  表 1  在歐洲用 于汽車制造商和板 料供應 商的軟件  公司名稱  戴姆勒奔馳   雷諾 汽車  沃爾沃汽車  訪問的地方  國  國  典   et 國  仿真軟件   F F Y 統(tǒng)  部 ) 網(wǎng)格生成器  究員軟件用戶  軟件用戶  軟件開發(fā)商  研究員  1988  表 2  在 日本 用于汽車制造商和板 料供應 商的軟件  公司名稱  馬自達  日產(chǎn)  豐田  新 日本制 鋼  訪問的地方  真軟件  統(tǒng)  部 ) 部 ) 部 ) 格生成器   3 在 美國 用于汽車制造商和板 料供應 商的軟件  公司名稱  克萊斯勒汽車  福特汽車  國家鋼鐵  美國鋼鐵  訪問的地方  真軟件  D U) D D 統(tǒng)  網(wǎng)格生成器  模具表面 ) 自帶板料網(wǎng)格軟件   洲工業(yè)   （  1 ）戴姆勒奔馳公司  盡管 1994 年 戴姆勒奔馳公司 就引進了 板料成形 仿真 ， 但 在模具車間由受過訓練的 制造 工 程師生產(chǎn) 化 利用它 從 1996 年 1 月 開始的 。 如 表 1 所 示，目前金屬成形團隊正在使用 7 種軟件 。  于 快速預先優(yōu)化 在零件設計部分零件形狀， 而不是 用 作 幾何工具。 多 地被用于評估幾何工具原型的 模具 設計 和 系列 模具 設計。有時  用 于 執(zhí)行更加確切的優(yōu)化。   用于預測 反彈 。 在 廠， 相當 多 的工程師已經(jīng)被訓練使用 仿真 軟件 ，  其中有 14 名 程師和  4 名  程師。   （  2 ）雷諾汽車   在 80 年代期間， 雷諾 通過與 各大學和研究機構 合作 在開發(fā) 板料成形 仿真 的 數(shù)值方法 上付出很大的努力 。 其中最 重要 的成果之 一 是 開發(fā) 基 于 單 步法 的 雷諾正在在模具設計 部門使 用此 軟件 ，并試圖與 件公司進一步開發(fā)新的功能 。 其中 一個 功能 是 自動 優(yōu)化 模 具設 計，另一個 功能 是能對影響成形過程的 疲勞極限的評價。為了更準確地 對形成 效應的評價，在 1993 年 ，引入了     入 了 理器，因此，這兩個 仿真軟件 可用于 同一用 戶界面 。  （  3 ）沃爾沃汽車公司   在 1989 年 ， 沃爾沃，第一次表明了 動態(tài)顯式軟件  鈑金成形過程的 仿真 的 適用性，并在 經(jīng)過 5 年的研究 后 ， 在沖壓車間 引入該 軟件 實際使用。沃爾沃公司目前 在產(chǎn)品設計和沖壓工藝 /模具設計中 使用三種有限元 軟件 ：  所有仿真 軟件 綜合成 這是一個專用于 汽車制造的計算機輔助設計軟件。目前 11 個訓練有素的工程師能夠使用這一系統(tǒng) 執(zhí)行 仿真 。   （  4 ） 司  作為鋼板供應商， 用有限元 軟件向金屬板材用戶 提供技術服務。發(fā)了單步 求解 器 對其 商業(yè) 化 。對于 言，作為一種提供技術服務的途徑，仿真已逐漸變得重要了。  本產(chǎn)業(yè)   （  1 ）馬自達   在 1990 年 ， 通過與  合作， 馬自達開始 了 評估 應用性的 初步研究。 對于 日本汽車制造商 在 板料 沖壓部 門 使 用 有限元 軟件 這是最早的嘗試。雖然馬自達內(nèi)部模具的 統(tǒng)可以提供信息以便優(yōu)化模具 表面 ， 但是 系統(tǒng)無法跟上 快速 變化的技術趨勢，因此馬自達決定 引入使用 有限元 仿真 。 與 歐洲 汽車制造商 不同 ，馬自達只使用 為 仿真 軟件 ，兩名工程師在仿真環(huán)境中深入開展高級 仿真 。  （  2 ）日產(chǎn)汽車   于 1994 年 ， 日產(chǎn)汽車開始使用 稍候再模具設計車間引入了 通過與 作 ， 日產(chǎn)公司已經(jīng)開發(fā)出了 專業(yè) 版本的 算在早期階段沖壓作業(yè) 中 以獲取正確的變形形狀 ； 變形 由于重量和 壓邊圈夾緊 產(chǎn)生 。大多數(shù)計算機 試錯 都是在早期設計階段 進行 ， 即 在 零件 設計 后 使用大致接近 模具面的幾 何 圖形 。四個工程師從事 零件 仿真 工作 和 仿真系統(tǒng) 的開發(fā) 。   （  3 ）日本豐田汽車   由于豐田汽車有一個非常先進的幾何建模軟件，模具的計算機輔助設計，和訓練有素的模具設計工程師， 對 引進 仿真 他們沒有太多的熱情。然而，在 鍛壓車間，高強度鋼板 和 新 面板 形狀 被 使用 ，如大型規(guī)模做片斷側(cè) 面 板，迫 使 豐田 使 用有限元仿真 技術 。 試于 1993 年 并被 使用 ，豐田汽車公司自己 擁有 “ 虛擬試錯系統(tǒng) ” ，其中包括 友好 的用戶界面 、 一個 新開發(fā)的數(shù)據(jù) 庫 。目前四個仿真工程師 在從事此系統(tǒng)的開發(fā)和應用 。   （  4 ）新日本制 鋼   在日本 ， 日本深沖壓研究小組（   在 促進汽 車和鋼鐵公司之間的密切聯(lián) 系。新日本制 鋼已 主要是基于這個框架內(nèi) 與汽車公司開展了合作調(diào)研工作 。 在1991 年， 開發(fā)出 了  于 1994 年 ， 又開發(fā) 了 出 有限元 仿真 主要 優(yōu) 點 是減少實驗 次 數(shù)，這 項 技術手段 在 被正式使用 之前主要 用于 解決薄板用戶 所提出的 問題 。  國工業(yè)  （  1 ）克萊斯勒汽車公司   在美國 ，作為 三大汽車制造商 之一 ，克萊斯勒是最后 使用 仿真 的 。然而，于 1994年，克萊斯勒開發(fā)的最先進的仿真系統(tǒng)采用 了  成為生產(chǎn)模具進程 的 主流設計。所有主要 的重要的面板 都使用 它 仿真 。使 克萊斯勒 采用當前 先進的動態(tài) 軟件仿真 的 關鍵原因 是 計算機硬件和可視化工具 開發(fā)與應用 。   （  2 ）福特汽車公司    唯一 用于板料 成形仿真的靜 態(tài)隱式 軟件，早 在 70 年 代 ，由 他的 同事 開發(fā)，并 在福特 廣泛 使用 。這 個 軟件 主要優(yōu)點是能 夠 預測幾乎所有成形 瑕疵 包括缺陷回彈，但缺點是計算時間長。然而，最近，通過引進先進的直接矩陣 方法 求解 計算時間大大減少。動態(tài)顯式軟件 運作 也可以用 于 該工具設計階段。   （  3 ）國家鋼鐵   在 1996 年 ， 在北美洲 ， 汽車制造商和金屬板供應商之間 有一 個合作研究方案 ， 叫做 “汽車 鋼鐵伙伴關系 ”，并在  1996 年， 國家鋼鐵決定利用有限元仿真技術 與汽車制造商合作建造 有共同 技術 的汽車制造基地，并 使用 了  些軟件被廣泛應用于支持客戶活動，如管狀液壓和拼焊板的形成。   （  4 ）美國鋼鐵公司   美國鋼鐵公司 通過“ 汽車和鋼鐵伙伴關系 ”和 “ 回彈項目 ” 與 汽車制造商 密切合作 。鋼板 使用性能的 評 估 是一個重要的 課 題。例 如， 通過使 動態(tài) 代碼 和 靜態(tài) 代碼相 結合 來仿真面板局部 凹 痕 抗力 的形成過程。   附件 2：外文原文 （復印件）      an of of by to in in of in a on of in is    he on of to R in in to in to to on AM in A of is on of to of as of of To by of by a of on in in is of AD or AD to it to of is to an of of in to of to in 980’990’. is to to to at in of 2. of in of 1, 2] to ax in 960’ [3]to of of be to of 4 A on of 985 [7], in by  In of a of a 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