第一部分 金属板成形基础理论 3
第1章 绪论 3
1.1 有限元技术发展概述 3
1.1.1 有限元理论发展历史简述 3
1.1.2 有限元程序发展历史简述 4
1.2 板料成形FEM发展概述 6
1.3 主要板料成形模拟软件简介 9
1.4 板料成形数值模拟关键技术 11
1.5 板料成形数值模拟所能解决的主要问题 12
1.6 板料成形数值模拟的发展趋势 16
思考与练习 17
第2章 板料成形数值仿真有限元基础 18
2.1 有限元计算的要点和特点 18
2.2 有限元计算与板料成形模拟 19
2.2.1 显式有限元计算与隐式算法 20
2.2.2 显式与隐式算法的优势与缺点 21
2.2.3 显式算法在板料成形模拟方面的应用 23
2.2.4 隐式算法在板料成形模拟方面的应用 25
2.2.5 两种算法的比较 27
2.2.6 PAMSTAMP2G求解器 27
2.3 板成形中壳单元基本概念 28
2.3.1 单元的3个基本概念：自由度、阶数和积分 28
2.3.2 壳单元的厚向数值积分 29
2.3.3 缩减积分的壳单元与沙漏 29
2.3.4 板成形中壳单元类型 31
2.3.5 合适的壳单元形状 32
2.4 板成形模拟中的接触处理 33
2.4.1 板成形分析中的接触搜索方法 34
2.4.2 板成形分析中的接触力计算方法 36
2.4.3 罚函数接触算法 36
2.4.4 拉格朗日接触算法 37
2.4.5 非线性罚函数接触算法 38
2.4.6 自接触算法 39
2.4.7 PAMSTAMP2G中接触算法与模具自由度的关系 40
2.4.8 摩擦系数 40
2.5 自适应网格优化 41
2.5.1 单元自适应优化概念 42
2.5.2 单元自适应优化在PAMSTAMP2G中的参数设定 43
2.6 拉延筋 44
2.6.1 真实拉延筋与虚拟拉延筋 44
2.6.2 虚拟拉延筋在PAMSTAMP2G中的设定 46
2.7 单位匹配 50
思考与练习 50
第3章 板料成形的力学基础 51
3.1 概述 51
3.2 板料成形有限元仿真中常用到的塑性力学概念 51
3.2.1 基本塑性力学概念 51
3.2.2 厚向异性系数r 53
3.2.3 应变强化指数n值 54
3.3 板料成形有限元仿真中用到的材料模型 55
3.3.1 屈服准则的基本概念 55
3.3.2 常用各向异性材料的屈服准则 56
3.3.3 材料的强化模型 57
3.3.4 材料应力应变关系 59
3.3.5 PAMSTAMP2G中用到的材料模型 59
3.3.6 PAMSTAMP2G中材料参数设定 60
3.4 板料的成形极限图 62
3.4.1 成形极限图的概念 62
3.4.2 成形极限理论方法和经验公式 63
3.4.3 PAMSTAMP2G中的成形极限图 64
思考与练习 66
第二部分 金属板成形有限元模拟入门 69
第4章 金属板料成形模拟解决方案PAMSTAMP2G 69
4.1 金属板料成形模拟软件PAMSTAMP2G的功能 69
4.2 金属板料成形模拟软件PAMSTAMP2G的作用 71
思考与练习 72
第5章 PAMSTAMP2G环境及操作 73
5.1 概述 73
5.2 PASMTAMP2G界面基本结构 73
5.2.1 菜单栏 73
5.2.2 工具栏 75
5.2.3 控制工具框 75
5.3 对象的创建、修改与选择 77
5.3.1 对象的基本操作 78
5.3.2 对象中要素的选择 79
5.3.3 对象的修改 81
5.4 PAMSTAMP2G操作结构 81
5.5 常用工具 84
5.5.1 曲线定义 84
5.5.2 方向定位向导 85
5.5.3 网格尺寸向导 86
5.6 PAMSTAMP2G常用文件格式 87
思考与练习 88
第6章 典型金属板料成形过程模拟 89
6.1 概述 89
6.2 金属板成形有限元分析的基本流程 89
6.3 PAMSTAMP2G成形过程快速设定宏 91
6.3.1 成形过程快速设定宏简介 91
6.3.2 成形过程快速设定宏基本结构 92
6.3.3 基本操作流程 96
6.4 Example1—双动板料冲压成形过程模拟 96
6.4.1 双动板料冲压成形过程模拟的学习目的 97
6.4.2 双动板料冲压成形过程模拟基本流程 97
6.4.3 方形盒几何模型的导入与网格生成过程 98
6.4.4 成形过程快速设定宏模板和对象确定 111
6.4.5 计算进程控制条与全局参数设置 113
6.4.6 压边进程参数设定 115
6.4.7 冲压进程快速设定 116
6.4.8 模具运动情况预览 119
6.4.9 求解器设定 119
6.4.10 提交计算 120
6.4.11 结果分析 122
6.4.12 完整双动冲压模拟过程简介 127
思考与练习 129
第三部分 金属板成形有限元模拟进阶 133
第7章 CAD模型导入与网格划分 133
7.1 CAD模型网格划分概述 133
7.2 CAD模型网格划分主要步骤 133
7.3 CAD模型导入 135
7.3.1 CAD曲面模型质量预检查 135
7.3.2 CAD通用格式转换 135
7.3.3 CAD模型导入及参数 137
7.4 CAD模型的拓扑连接 138
7.4.1 连接参数定义 138
7.4.2 拓扑连接检查 140
7.4.3 完整的拓扑连接过程 141
7.5 CAD模型网格划分 142
7.5.1 网格划分参数设定 142
7.5.2 网格划分的高级设定 145
7.5.3 网格结果检查 147
7.6 网格再生成 151
7.6.1 网格曲面检查 151
7.6.2 网格重划分准则 152
7.7 板料网格生成 152
7.7.1 板料网格生成模式 152
7.7.2 板料网格对象及大小定义 154
7.8 模面网格快速派生 155
7.8.1 模具偏置方案 156
7.8.2 偏置对象确定 157
7.8.3 偏置参数设定 157
7.8.4 使用流程 158
7.9 导向板与定位销网格生成 158
7.9.1 导向板与定位销 159
7.9.2 导向板与定位销创建流程及注意事项 160
7.10 网格手动操作 161
7.10.1 Translation 161
7.10.2 Rotation 161
7.10.3 Symmetry 161
7.10.4 Offset 162
7.10.5 Scaling 162
7.10.6 Autopositioning 162
7.10.7 Projection 162
7.10.8 Divide/split 162
7.10.9 Wallscreation 163
7.10.10 Trimming 163
7.10.11 Extrusion 164
7.10.12 Delete 164
7.11 网格倒角 164
7.11.1 Constant划分 165
7.11.2 Single划分 165
7.11.3 Interpolated划分 166
7.11.4 Bypropagation划分 166
7.11.5 倒角划分定义显示选项 166
7.11.6 倒角网格划分设定 166
7.12 Example2—汽车结构件几何模型的导入与网格生成 167
7.12.1 模型设定和分析流程 168
7.12.2 几何模型导入 168
7.12.3 底模网格区域划分 171
7.12.4 冲压方向设定 173
7.12.5 凸模与压边圈生成 173
7.12.6 板料生成 174
7.12.7 导向板生成 175
思考与练习 176
第8章 对象与属性 177
8.1 概述 177
8.2 进程 177
8.3 对象与属性 178
8.3.1 对象的优先级 179
8.3.2 对象的类型 179
8.3.3 对象的属性 180
8.4 对象属性简介 182
8.4.1 全局属性 182
8.4.2 具体进程属性 184
8.4.3 整体对象属性 191
8.5 Example3—单向拉伸试验模拟分析 197
8.5.1 单向拉伸模拟目的 197
8.5.2 单向拉伸模拟基本流程 198
8.5.3 材料属性定义 198
8.5.4 创建新项目 200
8.5.5 导入几何模型 200
8.5.6 分析对象创建 201
8.5.7 成形过程对象及属性设定 203
8.5.8 提交计算 207
8.5.9 后处理分析 207
8.6 Example4—汽车结构件冲压成形模拟分析 208
8.6.1 分析基本流程 209
8.6.2 已有项目打开与进程列表激活 209
8.6.3 设定全局进程对象及其全局属性 209
8.6.4 具体进程对象及其属性设定 210
8.6.5 计算提交 220
8.6.6 后处理分析 220
8.7 Example5—冲压成形模拟中重力变形和回弹计算分析 225
8.7.1 Gravity分析流程及设定 225
8.7.2 Springback分析流程及设定 228
8.7.3 提交计算 230
8.7.4 回弹计算补充1—修边线 231
8.7.5 回弹计算补充2—重计算 233
思考与练习 233
第9章 PAMSTAMP2G冲压成形模拟回弹补偿 235
9.1 回弹补偿模块概述 235
9.2 PAMSTAMP2G回弹补偿模块 236
9.2.1 基本参数设定模块 237
9.2.2 自动补偿计算迭代设定 238
9.2.3 位移锁定模块 238
9.2.4 冲压求解设定模块 238
9.2.5 求解器设定模块 239
9.2.6 其他设定模块 240
9.3 Example6—汽车结构件冲压回弹补偿计算 240
9.3.1 基本分析流程 240
9.3.2 项目打开 240
9.3.3 回弹补偿参数设定 240
9.3.4 回弹补偿后处理 241
9.3.5 回弹补偿后的模具Die型面CAD输出 243
思考与练习 245
第10章 PAMSTAMP2G钣金件展开反求 246
10.1 钣金件展开概述 246
10.2 钣金展开反求基本原理简述 246
10.3 钣金展开学习目标 247
10.4 Example7—基于快速设定宏的钣金展开 248
10.4.1 基于快速设定宏的钣金展开基本流程 248
10.4.2 钣金展开项目创建与CAD文件导入 248
10.4.3 钣金展开模拟局部坐标系对象创建 249
10.4.4 钣金展开快速向导宏设定 250
10.4.5 钣金展开求解器设定 253
10.4.6 计算提交 253
10.4.7 钣金展开结果分析 254
10.5 Example8—基于对象属性的翻边展开 254
10.5.1 基于对象属性的翻边展开基本流程 254
10.5.2 翻边展开项目创建 255
10.5.3 CAD文件导入 255
10.5.4 翻边过程对象与属性设定 256
10.5.5 翻边求解和结果分析 258
10.5.6 翻边后展开对象与属性设定 259
思考与练习 261
第11章 模面快速设计Diemaker 262
11.1 快速模面设计概述 262
11.2 Diemaker基本操作模块与流程 263
11.3 Example9—汽车覆盖件模面快速设计 265
11.3.1 导入CAD文件 265
11.3.2 模型预处理 267
11.3.3 压料面设计 278
11.3.4 工艺补充面设计 280
11.3.5 模面生成 293
思考与练习 297
第12章 成形过程快速设定宏构建 298
12.1 宏设定工具箱简介 298
12.2 定义新的宏方法 298
12.3 宏创建工具箱构成 299
12.4 Example10—创建一个标准的双动冲压过程宏 300
12.4.1 板料设定 300
12.4.2 宏信息栏定义 301
12.4.3 成形中涉及对象定义 301
12.4.4 重力进程创建 302
12.4.5 压边进程创建 304
12.4.6 冲压进程 308
12.4.7 修边回弹进程 310
12.4.8 宏模板保存 311
思考与练习 311
第四部分 特殊金属板成形有限元模拟示例 315
第13章 内高压橡皮囊成形 315
13.1 橡皮囊成形工艺介绍 315
13.2 橡皮囊成形过程有限元模型 316
13.2.1 橡皮囊成形工艺简化 316
13.2.2 橡皮囊成形分析流程 317
13.3 Examplel1—基于快速宏设定的橡皮囊成形模拟 318
13.3.1 曲弯边件成形模拟基本流程 319
13.3.2 项目创建 319
13.3.3 几何导入 319
13.3.4 成形坐标系建立 321
13.3.5 模型定位 322
13.3.6 橡皮垫创建 322
13.3.7 工作台创建 321
13.3.8 橡皮垫边界条件对象创建 325
13.3.9 基于快速设定宏的工艺参数设置 325
13.3.10 基于属性的计算参数修正 328
13.3.11 求解器设定 329
13.3.12 提交计算 329
13.4 Example12—基于对象属性设定的曲弯边件成形模拟 330
13.4.1 分析准备工作 330
13.4.2 基于对象属性的成形过程手动设置 330
13.4.3 计算提交及结果分析 336
第14章 蒙皮拉伸成形过程模拟 340
14.1 蒙皮拉伸工艺介绍 340
14.2 蒙皮拉伸成形有限元模拟方案 341
14.3 Example13—蒙皮拉伸成形模拟示例 341
14.3.1 模拟基本流程 341
14.3.2 网格模型导入 341
14.3.3 有限元对象构建 342
14.3.4 材料参数设定 343
14.3.5 蒙皮件装夹预弯 343
14.3.6 成形过程设定 344
14.3.7 回弹计算设定 346
14.3.8 计算提交与结果分析 346
第15章 型材拉弯成形过程模拟 349
15.1 型材拉弯工艺介绍 349
15.2 型材拉弯成形建模方案 350
15.3 Example14—型材拉弯成形模拟示例 351
15.3.1 型材拉弯成形模拟基本流程 352
15.3.2 网格模型导入 352
15.3.3 有限元对象构建 352
15.3.4 材料参数设定 354
15.3.5 成形过程设定 354
15.3.6 计算提交与结果分析 357
第16章 热成形过程模拟 361
16.1 热成形过程工艺介绍 361
16.2 热成形模拟过程参数说明 362
16.2.1 热成形一般介绍 362
16.2.2 热成形重要参数 362
16.3 Example15—热成形模拟实例 365
16.3.1 热成形模拟练习步骤 365
16.3.2 热成形模拟详细步骤 366
16.4 Example16—热成形模拟示例 373
16.4.1 有限元模型建立 373
16.4.2 模拟结果分析 375
第17章 超塑性成形过程模拟 378
17.1 超塑性成形工艺介绍 378
17.1.1 超塑性成形理论背景 378
17.1.2 超塑性成形工艺及特点 379
17.1.3 工程中常用金属超塑性的定义 381
17.2 超塑性成形有限元模型简述 382
17.2.1 仿真模型建立 382
17.2.2 超塑性成形模拟步骤 383
17.3 Example17—超塑性成形过程模拟示例 384
17.3.1 重力和压边阶段CAD模型导入 384
17.3.2 有限元对象构建 384
17.3.3 基于成形快速宏的重力和压边求解设置 386
17.3.4 对象属性检查和修改 388
17.3.5 求解计算 389
17.3.6 计算结果网格文件导出 389
17.3.7 超塑性成形阶段CAD模型导入 389
17.3.8 有限元对象创建 390
17.3.9 板料的超塑性材料成形属性定义 390
17.3.10 基于超塑性成形宏进行超塑成形求解设置 391
17.3.11 对象属性检查和修改 393
17.3.12 求解计算 393
17.3.13 分析计算结果 393
第18章 管弯曲成形过程模拟 397
18.1 管弯曲成形介绍 397
18.2 Example18—管弯曲成形分析示例 398
18.2.1 示例简述 398
18.2.2 管弯曲分析的基本流程 398
18.2.3 管弯曲工程文件创建 399
18.2.4 管弯曲模面设计模块创建 399
18.2.5 管弯曲模面设计 399
18.2.6 管弯曲模拟的求解设置 402
18.2.7 计算提交与模拟结果分析&4. 6
第19章 管内高压胀形过程模拟 408
19.1 管内高压胀形过程模拟介绍 408
19.2 Example19—管内高压胀形模拟示例 409
19.2.1 三通管液压成形基本过程 409
19.2.2 打开文件 410
19.2.3 进程列表 410
19.2.4 预览运动情况 413
19.2.5 提交计算 413
19.2.6 后处理分析 413
参考文献 416