用于具有预定义负载路径和对应网格调整方案的金属成型过程的数值模拟的专用编程计算机制造技术

基于所接收的FEA网格模型和网格调整标准，获得具有预定义负载路径的金属成型过程期间工件钣金件的数值模拟的物理特性，如下：初始化当前模拟时间；从当前模拟时间和下一网格调整时间确定当前模拟时间段；使用特征长度来建立3D网格细化区域，所述三维网格细化区域包含空间，所述空间包括与所述当前模拟时间段相对应的一部分所述预定义负载路径；通过将位于3D网格细化区域内的那些有限元细化成期望级别，并且通过根据网格粗化标准粗化区域外部的某些有限元，来更新FEA网格模型；使用当前模拟时间段的更新的FEA网格模型进行时间推进模拟的对应部分，直到当前模拟时间达到下一网格调整时间；并重复，直到当前模拟时间经过整个模拟时间段。

SPECIAL PROGRAMMING COMPUTER FOR NUMERICAL SIMULATION OF METAL FORMING PROCESS WITH PREDEFINITE LOAD PATHS AND RELATED GRID ADING SCHEMES

Based on the received FEA mesh model and mesh adjustment criteria, the physical characteristics of the numerical simulation of sheet metal parts during the metal forming process with predefined load paths are obtained as follows: initializing the current simulation time; determining the current simulation time period from the current simulation time and the next grid adjustment time; using the feature length to establish the 3D mesh refinement area, the three-dimensional network is described. The lattice refinement area includes a space, which includes a predefined load path corresponding to a portion of the current simulation period; updates the FEA mesh model by refining those finite elements located in the 3D mesh refinement area into the desired level, and by coarsening some finite elements outside the area according to the mesh coarsening criteria; and updates the FEA mesh model using the current simulation period. The corresponding part of FEA mesh model is pushed forward in time until the current simulation time reaches the next grid adjustment time, and repeats until the current simulation time passes through the whole simulation period.

【技术实现步骤摘要】
用于具有预定义负载路径和对应网格调整方案的金属成型过程的数值模拟的专用编程计算机
本专利技术总的涉及用于模拟钣金件(sheetmetal)成型过程的计算机辅助工程分析，更具体地涉及一种专用编程计算机系统，用于使用对应的网格调整方案、执行在具有预定义负载路径的金属成型过程期间获得工件钣金件的数值物理特性的模拟。
技术介绍
钣金件成型已经在工业中被使用多年，用于从坯件钣金件形成金属部件，例如，汽车制造商和他们的供应商使用钣金件成型生产许多部件。在钣金件成型中有很多步骤，其中一个步骤被称为折边(hemming)。折边通常用于加固边缘、隐藏毛刺和毛边，并改善外观。折边的一个示例用法是制造门板。在折边过程中，钣金件边缘会朝向自身卷起。近年来，一种特殊类型的钣金件成型被称为渐进钣金件成型。钣金件通过一系列小的渐进变形形成最终的工件。通常，通过将成型工具连接到CNC(计算机数值控制)机器、机器人等来进行渐进式钣金件成型。因此成型工具的负载路径是预定义的。渐进钣金件成型的一个示例用法是用于在原型或概念车辆中使用的部件的生产改进。由于概念车的数量有限(有时是一个)，因此为各种部件制作冲压工具是不切实际的。通常使用渐进钣金件成型。随着计算机技术的出现，计算机辅助工程分析(例如，基于有限元分析(FEA)技术的时间推进模拟)已经被用来协助工程师/科学家设计产品和制造程序，例如钣金件成型过程。为了捕捉剧烈变化附近的详细物理特性，需要更细化的有限元网格。一种现有的方法是为整个模型制作更细化的FEA网格。然而，由于FEA网格模型的巨大尺寸，这种技术需要不切实际的长计算时间和更大的计算资源。渐进金属成型过程是一个非常缓慢的过程，数值模拟这样的过程有时需要很多个小时的计算时间。因此，现有技术的方法是不够的。因此，希望有一种改进的方法和系统，用于执行时间推进模拟，以获得具有预定义负载路径的钣金件成型过程期间中的钣金件的数值物理特性。
技术实现思路
公开了在专用编程的计算机系统中使用网格调整方案、获得工件钣金件在具有预定义负载路径的金属成型过程期间的数值模拟的物理特性的系统和方法。根据本专利技术的一方面，在其上安装有基于专用有限元分析(FEA)的应用模块的专用编程计算机系统中，接收FEA网格模型。FEA网格模型包含许多有限元，以表示在具有预定义负载路径的金属成型过程期间(例如渐进金属成型，折边等)获得工件钣金件的数值物理特性的时间推进模拟中的工件钣金件。在专用编程计算机系统中还接收总的模拟时间段、预定义负载路径、一组网格细化标准(refinementcriteria)和网格粗化标准(coarseningcriterion)。预定义负载路径包含整个模拟时间段成型工具的三维连续路径。该组网格细化标准包括在时间推进模拟期间的一系列预定网格调整时间、用于建立三维(3D)网格细化区域的特征长度、以及期望的网格细化级别。网格粗化标准包括用于确定共享共同角节点的四个有限元的集群的各个单元应变梯度的方案。使用基于专用FEA的应用模块，执行以下操作：(a)将当前模拟时间设置为初始值；(b)从所述一系列网格调整时间中的所述当前模拟时间和随后的下一网格调整时间确定当前模拟时间段；(c)使用所述特征长度来建立所述3D网格细化区域，所述3D网格细化区域包含空间，所述空间包括与所述当前模拟时间段相对应的一部分所述预定义负载路径；(d)通过将被认为位于3D网格细化区内的那些有限元细化到期望的网格细化级别，来更新FEA网格模型；(e)根据网格粗化标准，通过粗化位于3D网格细化区域之外的某些有限元，来进一步更新FEA网格模型；(f)使用用于当前模拟时间段的更新的FEA网格模型执行时间推进模拟的对应部分，直到当前模拟时间已经到达随后的下一网格调整时间；以及(g)重复(b)-(f)直到当前模拟时间已经经过总模拟时间段。通过以下结合附图对具体实施方式的详细描述，本专利技术的其他目的、特征和优点将会变得显而易见。附图说明参照以下的描述、后附的权利要求和附图，将会更好地理解本专利技术的这些和其它特征、方面和优点，其中：图1是示例性的计算机的主要组件的功能框图，本专利技术的一个实施例可在该计算机系统中实施；图2A是根据本专利技术实施例的示例性渐进金属成型过程的正视图，其中工件钣金件的数值模拟物理特性可以在专门编程的系统中获得；图2B是图2A所示的示例性渐进金属成型过程的透视图；图3是根据本专利技术实施例的示例性两级折边过程的正视图，其中工件钣金件的数值模拟的物理特性可以在专门编程的系统中获得；图4A-4B共同示出了根据本专利技术的实施例的在专用编程计算机系统中、在具有预定义负载路径的金属成型过程期间获得工件钣金件的数值模拟的物理特性的示例性过程流程图；图5A是根据本专利技术实施例的示例性FEA网格模型的平面图，该FEA网格模型表示具有施加在其上的预定义负载路径的工件钣金件；图5B是根据本专利技术实施例的预定义负载路径的透视图；图5C是根据本专利技术实施例的图5A的示例性FEA网格模型的示意图，FEA网格模型具有对应于当前模拟时间段的一部分预定义负载路径；图5D是根据本专利技术实施例的包含图5C所示的一部分预定义负载路径的示例性3D网格细化区域的示意图；图5E是根据本专利技术的一个实施例的使用第一网格细化标准的第一示例性更新FEA网格模型的示意图，该更新FEA网格模型在示例性3D网格细化区域中具有细化的有限元；图5F是根据本专利技术的一个实施例的使用另一网格细化标准的第二示例性更新FEA网格模型的示意图，该更新FEA网格模型在示例性3D网格细化区域中具有细化有限元；图5G是根据本专利技术的一个实施例的图5E的FEA网格模型的示意图，具有对应于图5C中的当前模拟时间段的下一模拟时间段的另一部分预定义负载路径；图5H是根据本专利技术的一个实施例的图5G的FEA网格模型的网格细化的结果的示意图；图5I是根据本专利技术的一个实施例的示例性网格细化级别的示意图；以及图5J是根据本专利技术的一个实施例的共享一个共同的角节点的四个有限元的示例性集群、以说明示例性网格粗化标准的示意图。具体实施方式文中提及“一个实施例”或“实施例”意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性可以包括在本专利技术的至少一个实施例中。说明书中各处出现的短语“在一个实施例中”不一定都指相同的实施例，也不是与其他实施例相互排斥的单独或替代实施例。此外，这里使用的术语“级别”、“垂直”、“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“右”、“左”、“前”、“后”、“侧”、“中”、“向上”和“向下”旨在提供用于描述目的的相对位置，而不旨在指定绝对参照系。此外，表示本专利技术的一个或多个实施例的过程流程图或示意图中的框的顺序并不固有地表示任何特定的顺序，也不暗示对本专利技术的任何限制。根据一方面，本专利技术涉及一个或多个能够执行在此描述的功能的专用编程计算机系统。计算机系统100的例子在图1中示出。计算机系统100包括一个或多个处理器，例如处理器104。处理器104连接到计算机系统内部通信总线102。关于该示范性的计算机系统，有各种软件实现的描述。在读完这一描述后，相关
的人员将会明白如何使用其它计算机系统和/或计算机架构来实施本专利技术。计算机系统100还包括主存储器108，优选随机存取存储器(RAM)，还可包括辅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于在具有预定义负载路径的金属成型过程期间获得工件钣金件的数值模拟的物理特性的专用编程计算机系统，其特征在于，包括：输入/输出接口；存储器，用于存储基于专用有限元分析的应用模块的计算机可读代码；连接到所述存储器的至少一个处理器，所述至少一个处理器在所述存储器中执行所述计算机可读代码，使所述基于专用有限元分析的应用模块执行以下操作：接收包含多个有限元的有限元分析网格模型，以表示在具有预定义负载路径的金属成型过程期间获得工件钣金件的数值物理特性的时间推进模拟中的工件钣金件，由此获得的数值物理特性用于原型或概念车辆中使用的部件的生产改进；进一步接收总的模拟时间段、所述预定义负载路径、一组网格细化标准和网格粗化标准，所述预定义负载路径包含整个模拟时间段内的成型工具的三维连续路径，所述一组网格细化标准包括在时间推进模拟期间的一系列预定网格调整时间、用于建立三维网格细化区域的特征长度、以及期望的网格细化级别；(a)将当前模拟时间设置为初始值；(b)从所述一系列网格调整时间中的所述当前模拟时间和随后的下一网格调整时间确定当前模拟时间段；(c)使用所述特征长度来建立所述三维网格细化区域，所述三维网格细化区域包含空间，所述空间包括与所述当前模拟时间段相对应的一部分所述预定义负载路径；(d)通过将被认为位于三维网格细化区内的那些有限元细化到期望的网格细化级别，来更新有限元分析网格模型；(e)根据网格粗化标准，通过粗化位于三维网格细化区域之外的某些有限元，来进一步更新有限元分析网格模型；(f)使用用于当前模拟时间段的更新的有限元分析网格模型执行时间推进模拟的对应部分，直到当前模拟时间已经到达随后的下一网格调整时间；以及(g)重复(b)‑(f)直到当前模拟时间已经经过总模拟时间段。...

【技术特征摘要】
2017.08.10 US 15/673,6551.一种用于在具有预定义负载路径的金属成型过程期间获得工件钣金件的数值模拟的物理特性的专用编程计算机系统，其特征在于，包括：输入/输出接口；存储器，用于存储基于专用有限元分析的应用模块的计算机可读代码；连接到所述存储器的至少一个处理器，所述至少一个处理器在所述存储器中执行所述计算机可读代码，使所述基于专用有限元分析的应用模块执行以下操作：接收包含多个有限元的有限元分析网格模型，以表示在具有预定义负载路径的金属成型过程期间获得工件钣金件的数值物理特性的时间推进模拟中的工件钣金件，由此获得的数值物理特性用于原型或概念车辆中使用的部件的生产改进；进一步接收总的模拟时间段、所述预定义负载路径、一组网格细化标准和网格粗化标准，所述预定义负载路径包含整个模拟时间段内的成型工具的三维连续路径，所述一组网格细化标准包括在时间推进模拟期间的一系列预定网格调整时间、用于建立三维网格细化区域的特征长度、以及期望的网格细化级别；(a)将当前模拟时间设置为初始值；(b)从所述一系列网格调整时间中的所述当前模拟时间和随后的下一网格调整时间确定当前模拟时间段；(c)使用所述特征长度来建立所述三维网格细化区域，所述三维网格细化区域包含空间，所述空间包括与所述当前模拟时间段相对应的一部分所述预定义负载路径；(d)通过将被认为位于三维网格细化区内的那些有限元细化到期望的网格细化级...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱新海，樊后富，
申请(专利权)人：利弗莫尔软件技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US