專利名稱：沖壓工藝的仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及物理現(xiàn)象仿真軟件領(lǐng)域。
本發(fā)明尤其涉及沖壓仿真軟件。
現(xiàn)有技術(shù)美國(guó)專利US 5379227(Ford Motor)已經(jīng)公開一種評(píng)估金屬板成型工具設(shè)計(jì)方法和系統(tǒng)，使用一個(gè)包括為將金屬板沖壓成一個(gè)部件而設(shè)計(jì)的一個(gè)沖頭和一個(gè)連接件的牽引沖模，在使用減少數(shù)字不穩(wěn)定性的改進(jìn)集成方法的同時(shí)，改善了數(shù)字解決方案的收斂性。金屬板和沖頭有效表面均被表示為具有多個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)眼(maille)。金屬板節(jié)點(diǎn)與沖頭有效表面節(jié)點(diǎn)之間的接觸節(jié)點(diǎn)可以被識(shí)別。第一個(gè)實(shí)施形式包括通過按照可塑性的增量變形理論確定在金屬板網(wǎng)眼中采樣點(diǎn)的應(yīng)力增量，最小化由于上載而發(fā)生的不連續(xù)性。第二個(gè)實(shí)施形式包括使一個(gè)拉絲縫(draw-bead)模型化為多個(gè)非線性彈簧，以便最小化在上載期間的彈性力的不連續(xù)性。第三個(gè)實(shí)施形式包括一個(gè)過濾至少一個(gè)接觸節(jié)點(diǎn)相對(duì)于工具表面的相對(duì)速度矢量，以便防止在部件沖壓期間由于相對(duì)速度矢量方向的改變而產(chǎn)生摩擦力的震蕩。
通過美國(guó)專利US 5552995(The Trustees of the Stevens Instituteof Technology)先前技術(shù)同樣公開一種基于計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)一種部件的設(shè)計(jì)系統(tǒng)，一種生產(chǎn)該部件的工具和一種生產(chǎn)該部件的工藝。該設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括一個(gè)處理器和一個(gè)存儲(chǔ)器。存儲(chǔ)器儲(chǔ)存一些功能模板，每個(gè)功能模板代表一個(gè)具有一種格式和一個(gè)功能的原始對(duì)象。每個(gè)功能模板由其原始對(duì)象的功能來索引并且包括具有該原始對(duì)象的格式的主要幾何實(shí)體表述。每個(gè)功能模板可包括關(guān)于生產(chǎn)原始對(duì)象的一種工具或關(guān)于生產(chǎn)原始對(duì)象的一種方法的信息。該設(shè)計(jì)系統(tǒng)還包括一個(gè)接收設(shè)計(jì)部件請(qǐng)求的輸入裝置。該請(qǐng)求包括一個(gè)或多個(gè)部件執(zhí)行的預(yù)定功能。在訪問存儲(chǔ)器中的多個(gè)功能模板以便定位一個(gè)或多個(gè)用于執(zhí)行所述一個(gè)或多個(gè)預(yù)定功能的原始對(duì)象的同時(shí)，由處理器可實(shí)施的一個(gè)設(shè)計(jì)核心模塊設(shè)計(jì)部件、生產(chǎn)部件的工具和生產(chǎn)部件的工藝程序。
通過美國(guó)專利US 6219055(SolidWorks)先前技術(shù)還了解到一種基于計(jì)算機(jī)的沖壓工具。提供一種沖壓工具是為了在計(jì)算機(jī)上操作一個(gè)模型，包括一些可使用戶定義一種用于控制模型沖壓功能的沖壓工具的機(jī)制。這種沖壓工具的特征可定義成使沖壓工具能重新被使用，無需再制定其特性。
通過先前技術(shù)同樣了解到一種生產(chǎn)方法的設(shè)計(jì)解決方案，包括如下步驟將一種工件表示為多個(gè)三角有限元，用包含有典型的立方多項(xiàng)式的數(shù)學(xué)方程來表示沖壓工具，借助于有限元模型通過沖壓工具來仿真工件變形，有限元被明確地集成在一起。該方法可通過一個(gè)包括一個(gè)儲(chǔ)存一個(gè)程序的存儲(chǔ)裝置和一個(gè)執(zhí)行這些指令的處理器的儀器來實(shí)施，該程序包括一些機(jī)讀指令。在通過有限元模型仿真工件變形之后，工件和沖壓工具的特征可被改變，以便改進(jìn)工件最終形狀。在通過有限元仿真產(chǎn)生一種可接受的最終工件形狀之后，一個(gè)真正的工件可用基于仿真的真正工具沖壓。
先前技術(shù)沖壓仿真軟件對(duì)于準(zhǔn)確地確定沖壓工藝的類型方面具有某些局限性缺陷，在其它方面，從用戶角度來看的缺陷是，更多的參數(shù)使得參數(shù)化的程度太長(zhǎng)，并且實(shí)施復(fù)雜。
本發(fā)明試圖克服先前技術(shù)的這些缺陷，提出一種能使用戶確定其專有的沖壓工藝方法模型，并能使同一用戶或其他用戶，一次確定一個(gè)沖壓方法模型，對(duì)于所考慮的沖壓方法模型來說，除了有限數(shù)量的參數(shù)化之外，不再需要做其它任何事。確定多個(gè)中間模型以便產(chǎn)生專用于特定用戶的沖壓的對(duì)話。
為此，本發(fā)明提出一種沖壓工藝數(shù)字仿真方法，包括以下步驟-記錄至少一個(gè)中間模型，該中間模型由沖壓工具的基本要素的數(shù)字表征的常用集合構(gòu)成，上述每個(gè)基本要素是由以有限元形式來定義，并包括數(shù)字統(tǒng)計(jì)屬性；-記錄一個(gè)在要仿真工藝內(nèi)實(shí)施的坯件的變形數(shù)字模型；-通過臨時(shí)記錄代表對(duì)應(yīng)于所考慮的仿真的特定沖壓工具的基本要素，選擇上述常用集合的一個(gè)子集，上述子集構(gòu)成了數(shù)字化有限元形式的一個(gè)專用集合；-根據(jù)仿真工藝的特點(diǎn)，參數(shù)化上述專用集合的數(shù)字化有限元以及相應(yīng)的屬性；-根據(jù)要仿真的沖壓工藝的工作周期，記錄表示上述專用集合的部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的數(shù)字信息；-根據(jù)一方面在參數(shù)化的專用集合中記錄的數(shù)字信息、另一方面坯件的數(shù)字模型和特定運(yùn)動(dòng)，重新計(jì)算坯件變形的數(shù)字模型；-通過應(yīng)用上述重新計(jì)算的數(shù)字模型，產(chǎn)生上述坯件變形的數(shù)字或視覺表征。
優(yōu)選地，該選擇步驟針對(duì)已選出的要素，改變非永久的基本要素的狀態(tài)。
優(yōu)選地，所述仿真方法包括從一個(gè)外部信息載體裝載至少一部分所述集合的參數(shù)化信息的步驟。
按照一個(gè)特定的實(shí)施例，所述方法包括從一個(gè)外部信息載體裝載一種坯件模型的步驟。
按照一個(gè)變例，所述方法包括從一個(gè)外部信息載體裝載上述子集的數(shù)字表征的步驟。
按照另外一個(gè)變例，所述構(gòu)成所述專用集合的步驟是通過一個(gè)圖形界面顯示和從上述圖形界面捕獲的信息記錄來實(shí)現(xiàn)的。
優(yōu)選地，所述圖示界面顯示步驟包括個(gè)性化預(yù)記錄界面的操作，該個(gè)性化至少部分地考慮來自該方法先前步驟的信息。
優(yōu)選地，定義多種使用級(jí)別，其中一種監(jiān)督使用級(jí)別要求一個(gè)共同的通用參量化來最大程度限定有關(guān)沖壓方法，而其它基礎(chǔ)使用級(jí)別僅要求補(bǔ)充的和專用的部分參量化，該部分參量化得益于先前執(zhí)行的該監(jiān)督級(jí)別的參量化。
借助以下根據(jù)附圖所進(jìn)行的純屬解釋本發(fā)明一種實(shí)施方式的說明，將更好地理解本發(fā)明-

圖1表示根據(jù)本發(fā)明方法的流程；-圖2表示信息文件形式的中間模型的構(gòu)成和處理；-圖3表示通過監(jiān)管者所看到的應(yīng)用；-圖4表示最終用戶所看到的應(yīng)用。
“沖壓工藝”一詞包括一些工具和特點(diǎn)。另外，“屬性”意指一種物理和數(shù)字特點(diǎn)。變形被專業(yè)人員經(jīng)常稱為“成形”。
“設(shè)計(jì)方案”一詞覆蓋包括由“解算器(solveur)”處理的數(shù)據(jù)集合的全部信息文件，該處理結(jié)果構(gòu)成全部仿真。
該中間模型具有一個(gè)信息文件的結(jié)構(gòu)，其構(gòu)成設(shè)計(jì)方案的主要部分。如圖2中所述，該中間模型是由監(jiān)管者構(gòu)成。該監(jiān)管者部分充滿該設(shè)計(jì)方案，并為最終用戶通過一個(gè)圖示界面保留一些記錄區(qū)域。由該中間模型和最終用戶提供的一些數(shù)據(jù)構(gòu)成的集合構(gòu)成這樣一個(gè)完整的設(shè)計(jì)方案，并由“解算器”控制和處理。監(jiān)管者選擇是否應(yīng)該讓最終用戶填寫一個(gè)特定參數(shù)。在向最終用戶要求一個(gè)參數(shù)的情況下，該參數(shù)的一個(gè)缺省值經(jīng)常是由監(jiān)管者提供。
本發(fā)明的目的是使用戶能自己確定該沖壓模型化處理工藝的主要部分。宏命令的概念被分為兩個(gè)不同的步驟-根據(jù)工藝的要求(由監(jiān)管者進(jìn)行)，確定宏命令-通過給出關(guān)于有限數(shù)量的參數(shù)的信息，應(yīng)用宏命令(由最終用戶進(jìn)行)。
“監(jiān)管者”是建立表示宏命令、步驟、過程圖、工具群組、缺省工藝屬性和向最終用戶要求的屬性(如圖3中所示)的圖示界面的一個(gè)人?！白罱K用戶”是使用監(jiān)管者確定的宏命令并同時(shí)提供有關(guān)以下參數(shù)的信息(如圖4中所示)的人群組與網(wǎng)孔對(duì)象(objet maillage)之間的連接，每個(gè)沖壓對(duì)象可改變的參數(shù)(夾固力，沖壓速度，摩擦…)?！叭航M”是對(duì)象的一個(gè)特殊類型坯件，坯件夾，模具，沖頭…。一個(gè)群組是通過在圖表中的表征和在一些群組范圍內(nèi)可直接存取的特殊種類屬性來確定的。從監(jiān)管者的角度來看，一個(gè)群組對(duì)應(yīng)于由最終用戶看到的一個(gè)對(duì)象(壓力機(jī)的部件)。屬性是與一個(gè)群組的特性(因此與一些對(duì)象)相對(duì)應(yīng)的值，這可以是一種摩擦，方向，一個(gè)二維曲線圖…。一個(gè)步驟是一個(gè)時(shí)間周期，在此期間每個(gè)物體有一個(gè)單獨(dú)的運(yùn)動(dòng)學(xué)種類運(yùn)動(dòng)，力。仿真的全部過程根據(jù)每個(gè)群組的性能或行為將被分為許多不同步驟。每個(gè)群組在每個(gè)步驟是活躍或非活躍的。如果一個(gè)群組在一個(gè)步驟是非活躍的話，其實(shí)體(節(jié)點(diǎn)，元素，三維曲線)在該處理步驟期間就不會(huì)被解算者考慮。一個(gè)“參數(shù)”是對(duì)于不同群組共同的值、和/或當(dāng)應(yīng)用宏命令時(shí)向用戶要求的同一值。它可以是一個(gè)浮動(dòng)值(摩擦，厚度)，一個(gè)方向，一種材料特性，一個(gè)整值(細(xì)度水平，點(diǎn)數(shù))，一個(gè)二維曲線。
一個(gè)宏命令應(yīng)由所述應(yīng)用內(nèi)部的被稱為監(jiān)管者的用戶建立。監(jiān)管者不需要裝載該設(shè)計(jì)方案。當(dāng)一用戶裝載一個(gè)設(shè)計(jì)方案的預(yù)處理模塊時(shí)，它需要準(zhǔn)備該處理過程所需要的對(duì)象和網(wǎng)孔。然后，他訪問宏命令工具條上的按鈕，選擇它需要執(zhí)行的宏命令，調(diào)整由相應(yīng)對(duì)話框給出的“最終用戶參數(shù)”，并點(diǎn)擊“Apply”(執(zhí)行)鍵。這些步驟和這些對(duì)象的屬性將自動(dòng)地賦與這些對(duì)象。設(shè)計(jì)方案的處理可立即被起動(dòng)。
某些宏命令，如那些傳統(tǒng)處理(單動(dòng)和雙動(dòng)沖壓等)在宏命令數(shù)據(jù)庫中被事先提供。這些用戶可直接使用，將其復(fù)制和/或?qū)⑵湫薷模员闶蛊溥m應(yīng)于其使用。
首先，將從監(jiān)管者角度考慮宏命令。一個(gè)圖形窗可管理這些有關(guān)宏命令的創(chuàng)建，復(fù)制和刪除的功能。前三個(gè)區(qū)“坯件”，“工具”和“參數(shù)”包括那些在整個(gè)處理中活躍的數(shù)據(jù)坯件的材料屬性，工具組目錄(組名，色彩，材料和厚度)和最終用戶目錄。參數(shù)目錄含有兩個(gè)目標(biāo)參數(shù)對(duì)于監(jiān)管者來說，第一目標(biāo)是在一個(gè)獨(dú)立的地方定位由一個(gè)或多個(gè)群組屬性使用的一個(gè)值(例如對(duì)于所有主要工具共同的工具/坯件摩擦)。這樣可簡(jiǎn)單改變?cè)摂?shù)值。第二個(gè)目標(biāo)是確定哪些參數(shù)將是最終用戶要求的。這些參數(shù)可以是材料的特性，摩擦，厚度，沖壓方向，速度曲線。
主框(被稱為“步驟”)可將屬性賦予每個(gè)步驟的每個(gè)群組。關(guān)于管理步驟的一些鍵，每步一個(gè)銨鍵更新該圖表、活躍組和屬性。監(jiān)管者可添加，復(fù)制或刪除這些步驟。圖表根據(jù)每個(gè)步驟表示每個(gè)群組的位置狀態(tài)。對(duì)其使用可在表示這些不同工具，其運(yùn)動(dòng)學(xué)和其狀態(tài)(在步驟中是否活躍)的同時(shí)，給出工藝步驟的示意圖。
每當(dāng)在監(jiān)管者模式下調(diào)用一個(gè)宏命令編輯窗時(shí)，一個(gè)工具框就會(huì)出現(xiàn)。該工具框包括四張沖壓工藝圖樣頁“工具”頁，“坯件”頁，“狀態(tài)”頁和“后工藝”頁。
“坯件”和“工具”部分包括所有步驟共有的屬性(群組名與色彩，材料屬性)。
沖壓群組(坯件，工具，后工藝，狀態(tài))表示步驟內(nèi)容。坯件群組應(yīng)有一個(gè)真實(shí)的物質(zhì)屬性。
本發(fā)明只是作為實(shí)施例來描述。當(dāng)然專業(yè)人員可實(shí)施不超出本專利范圍的本發(fā)明的不同變化形式。
權(quán)利要求
1.一種沖壓工藝的數(shù)字仿真方法，包括如下步驟-記錄至少一個(gè)中間模型，該中間模型由沖壓工具的基本要素的數(shù)字表征的常用集合構(gòu)成，上述每個(gè)基本要素由有限元形式來定義，并包括數(shù)字靜態(tài)屬性；-記錄一個(gè)在要仿真工藝內(nèi)使用的坯件的變形的數(shù)字模型；-選擇上述常用集合的一個(gè)子集，用于臨時(shí)記錄代表對(duì)應(yīng)于所考慮的仿真的特定沖壓工具的基本要素，上述子集構(gòu)成了數(shù)字化有限元形式的一個(gè)專用集合；-根據(jù)仿真工藝的特點(diǎn)，參數(shù)化上述專用集合的數(shù)字化有限元以及相應(yīng)的屬性；-根據(jù)要仿真的沖壓工藝的工作周期，記錄表示上述專用集合的部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的數(shù)字信息；-一方面根據(jù)在參數(shù)化的專用集合中記錄的數(shù)字信息、另一方面根據(jù)坯件的數(shù)字模型和特定運(yùn)動(dòng)，重新計(jì)算坯件變形的數(shù)字模型；-通過應(yīng)用上述重新計(jì)算的數(shù)字模型，產(chǎn)生上述坯件變形的數(shù)字或視覺表征。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述仿真方法，其特征在于該選擇步驟改變與已選出的要素?zé)o關(guān)的基本要素的狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述仿真方法，其特征在于包括從一個(gè)外部信息載體裝載至少一部分所述集合參數(shù)化信息的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述仿真方法，其特征在于包括從一個(gè)外部信息載體裝載一種坯件模型的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述仿真方法，其特征在于包括從一個(gè)外部信息載體裝載上述子集的數(shù)字表征的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述仿真方法，其特征在于其中構(gòu)成所述專用集合的步驟是通過一個(gè)圖形界面顯示和從上述圖形界面捕獲的信息記錄來實(shí)現(xiàn)的。
7.根據(jù)權(quán)利要求6中所述仿真方法，其特征在于圖示界面顯示步驟包括個(gè)性化預(yù)記錄界面的操作，該個(gè)性化至少部分地考慮來自該方法中先前步驟的信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求1中所述仿真方法，其特征在于定義多種使用級(jí)別，其中一種監(jiān)督使用級(jí)別要求一個(gè)共同的通用參量化來最大程度限定有關(guān)沖壓方法，而其它基礎(chǔ)使用級(jí)別僅要求補(bǔ)充的和專用的部分參量化，該部分參量化得益于先前執(zhí)行的該監(jiān)督級(jí)別的參量化。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種數(shù)字仿真沖壓工藝的方法，包括下列步驟記錄至少一個(gè)中間模型，該中間模型由沖壓工具的基本要素的數(shù)字表征的常用集合構(gòu)成，上述每個(gè)基本要素是由以有限元形式來定義，并包括數(shù)字統(tǒng)計(jì)屬性；記錄一個(gè)在要仿真工藝內(nèi)實(shí)施的坯件的變形數(shù)字模型；通過臨時(shí)記錄代表對(duì)應(yīng)于所考慮的仿真的特定沖壓工具的基本要素，選擇上述常用集合的一個(gè)子集，上述子集構(gòu)成了數(shù)字化有限元形式的一個(gè)專用集合；根據(jù)仿真工藝的特點(diǎn)，參數(shù)化上述專用集合的數(shù)字化有限元以及相應(yīng)的屬性；根據(jù)要仿真的沖壓工藝的工作周期，記錄表示上述專用集合的部件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)的數(shù)字信息；根據(jù)一方面在參數(shù)化的專用集合中記錄的數(shù)字信息、另一方面坯件的數(shù)字模型和特定運(yùn)動(dòng)，重新計(jì)算坯件變形的數(shù)字模型；通過應(yīng)用上述重新計(jì)算的數(shù)字模型，產(chǎn)生上述坯件變形的數(shù)字或視覺表征。
文檔編號(hào)G06F17/50GK101076804SQ200380109478
公開日2007年11月21日 申請(qǐng)日期2003年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月2日
發(fā)明者法伊察爾·邁赫雷茲, 福阿德·埃爾卡爾迪, 克里斯蒂安·阿胡安貢努, 皮埃爾·維奧薩特, 卡羅琳·博羅 申請(qǐng)人:Esi集團(tuán)