機(jī)械專(zhuān)業(yè)外文文獻(xiàn)翻譯-外文翻譯--板料成形中有限元仿真及相關(guān)技術(shù)的研究進(jìn)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(guān)技術(shù) 的 研究進(jìn)展  1 理研和光材料制造實(shí)驗(yàn)室  ，日本   2 法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心，法國(guó)   3 京大學(xué)，六本木，東京都港區(qū)，日本   摘要   本文概述了汽車(chē)制造商和鋼板供應(yīng)商采用 的 板料成形 仿真 及相關(guān)技術(shù)的 現(xiàn)狀 。為此，作者 調(diào)查了 歐洲 、 日本和美國(guó) 的行業(yè)，與 工程師和研究人員討論上述問(wèn)題。 各行業(yè)中使用的 軟件 如表所示，行業(yè)用戶(hù)對(duì)有限元素的評(píng)價(jià) 也歸納在表中 。根據(jù)這些信息 提出在這領(lǐng)域 的研究方 法。  關(guān)鍵詞     板料沖壓成形，仿真，有限元法，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)  1 導(dǎo)言   汽車(chē)行業(yè)面臨著全球范圍嚴(yán)重的挑戰(zhàn)：激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和嚴(yán)格的政府 環(huán)境保護(hù)法規(guī)。 汽車(chē)制造商 為 迎接這些挑戰(zhàn) 而采取 的戰(zhàn)略 是 有時(shí)稱(chēng)為 3R 的策略： 縮短上市時(shí)間，降低開(kāi)發(fā)成本 以 贏得競(jìng)爭(zhēng) ， 減少車(chē)輛重量 以 提高燃料效率。 來(lái) 實(shí)現(xiàn) 三個(gè)目標(biāo)的 解決方案 必不可少的要 在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和進(jìn)程設(shè)計(jì) 中采用基于   統(tǒng)集成技術(shù)。  這一努力最顯著的部分在于 減少 沖壓車(chē)身面板相關(guān)的 加工費(fèi)用和 提前期 ， 甚至在增加 技術(shù)難 度 ，如使用鋁合金和高強(qiáng)度鋼，和要求 沖壓件 高幾何精度 情況下 。 為處理這 趨勢(shì)所帶來(lái)的 超越過(guò)去的經(jīng)驗(yàn) 的 問(wèn)題 ， 板料成形 仿真 的數(shù)值 方法 顯 得越來(lái)越重要 。它由計(jì)算機(jī)試錯(cuò) 取代了物理沖壓試 錯(cuò) 。   成功的數(shù)值 仿真 主要取決于 成形 仿真 軟件 的 進(jìn)展，但其他相關(guān)的技術(shù) 的 進(jìn)展也很重要。相關(guān)技術(shù) 的 例子 有能迅速構(gòu)建和修改加工表面的 統(tǒng) ， 或多或少 在  使用戶(hù)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(shí)間內(nèi) 處理大型仿真的計(jì)算機(jī)硬件 。 本文 的目的 在于總結(jié)業(yè)界 金屬板料成形 仿真 和相關(guān)技術(shù)實(shí)現(xiàn) 現(xiàn)狀 ，并 對(duì) 未來(lái)的研究方向 提出建議 。 在 80 和 90 年 代 關(guān)于金屬 板料成形 仿真 已舉辦了許多國(guó)際會(huì)議 并 發(fā)表了許相 關(guān)文章 。然而， 通過(guò) 這 些 信息還不足以 解決 上述問(wèn)題 。由于這個(gè)原因， ， 作者決定訪問(wèn) 調(diào)查 歐洲 、日本和美國(guó) 的 汽車(chē)行業(yè)和鋼板供應(yīng)商 ， 與 工作 在模具沖壓 車(chē)間和企業(yè)沖壓部門(mén)的 工程師和研究人員 來(lái) 討論這些具體 課 題。   2  歷史背景    本世紀(jì)中葉 對(duì) 板料成形過(guò)程 的 分析研究已經(jīng)開(kāi)始 ， 在 60 年代 ， 數(shù)值程序（有限差分方法） 被 應(yīng) 用 于 軸對(duì)稱(chēng) 拉伸 過(guò)程分析中。雖然這種 工作對(duì)于 金屬成形分析理論貢獻(xiàn) 巨大 ， 但是 它還不 能 應(yīng) 用于實(shí)際生產(chǎn) 。   非線性有限元仿真打開(kāi)了真實(shí)工業(yè)沖壓過(guò)程仿真之路， 1985 年在安阿伯密歇根州 的 板材 成形過(guò)程計(jì)算機(jī)建模 專(zhuān)題討論會(huì) 提出了使用殼單元的彈塑性 有限元方法對(duì) 三維汽車(chē)車(chē)身面板成形 過(guò)程建模 。 研究 中，對(duì) 升降機(jī)窗口外 形的拉伸過(guò)程 和甲板蓋的 壓邊圈夾緊 過(guò)程進(jìn)行了 仿真 ， 但 它們尚處于 測(cè)試和評(píng)價(jià) 的 階段 。 因此，在這個(gè)會(huì)議中 ，幾何建模方法 [ 10 月 12 日 ]和簡(jiǎn)化的力學(xué)建模方法更 受到業(yè)界 贊賞， 發(fā)表 了許多關(guān)于成形仿真 的文章 ， 其中 兩個(gè)重要 方向?qū)?使板料成形仿真 提升 到一個(gè)新的 水平 ，一個(gè)是動(dòng)力顯式軟件的應(yīng)用 ，另一個(gè)是 一步法 的提出。在文獻(xiàn) 【 16】 中 昂納克和 明 采用 對(duì) 一個(gè)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(huì)后，一些用于 板料成形 仿真的 動(dòng)力顯式軟件 如   開(kāi)發(fā)出來(lái)，并且許多汽車(chē)企業(yè)開(kāi)始嘗試使用這些 軟件 。  另一方面，開(kāi)發(fā) 了基于  和 常 [18]理念提出 的 一步法 ， 其中 使 用一個(gè)大時(shí)間步長(zhǎng) 值 ， 逆變形板料 從最 終的零件 配置到最初的板料配置。這個(gè)方法的主要好處是計(jì)算時(shí)間非常短，并且，根據(jù)這個(gè) 方法 開(kāi)發(fā)了許多 軟件，主要 在歐洲 如  與此 同時(shí) 進(jìn)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(dāng)?shù)姆椒?， 進(jìn)行 軟件 開(kāi)發(fā)。那些 成果 在汽車(chē)制造業(yè) 3 和  的三維金屬 板料有限元仿真 的國(guó)際專(zhuān)題討論會(huì) 上 被提出 了 。 在 我們 訪問(wèn) 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(wèn)題，開(kāi)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(gè)獨(dú)立 的 研究小組 在 10 年前開(kāi)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(wèn)題。然而， 在 今天，情況 已顯著改變了。有三 組 人 ：  研究員、軟件開(kāi)發(fā)商和軟件用戶(hù)。 員也許 是 屬于研究員小組， 而 多數(shù)工作在汽車(chē)制造商和板料供應(yīng)商 那里 的工程師 屬于 軟件用戶(hù)小組。 當(dāng) 軟件開(kāi)發(fā)商和用戶(hù)建立了一個(gè)非常 強(qiáng) 的 聯(lián)系 時(shí) ，這兩個(gè)小組之間的 聯(lián)系 卻 相當(dāng) 弱了 。   1998 圖 1 最 近 十年期間金屬板 材 成形仿 真 的 趨勢(shì) 。  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(chē)制造商和板 料供應(yīng) 商的軟件  公司名稱(chēng)  戴姆勒奔馳   雷諾 汽車(chē)  沃爾沃汽車(chē)  訪問(wèn)的地方  國(guó)  國(guó)  典   et 國(guó)  仿真軟件   F F Y 統(tǒng)  部 ) 網(wǎng)格生成器  究員軟件用戶(hù)  軟件用戶(hù)  軟件開(kāi)發(fā)商  研究員  1988  表 2  在 日本 用于汽車(chē)制造商和板 料供應(yīng) 商的軟件  公司名稱(chēng)  馬自達(dá)  日產(chǎn)  豐田  新 日本制 鋼  訪問(wèn)的地方  真軟件  統(tǒng)  部 ) 部 ) 部 ) 格生成器   3 在 美國(guó) 用于汽車(chē)制造商和板 料供應(yīng) 商的軟件  公司名稱(chēng)  克萊斯勒汽車(chē)  福特汽車(chē)  國(guó)家鋼鐵  美國(guó)鋼鐵  訪問(wèn)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(jìn)了 板料成形 仿真 ， 但 在模具車(chē)間由受過(guò)訓(xùn)練的 制造 工 程師生產(chǎn) 化 利用它 從 1996 年 1 月 開(kāi)始的 。 如 表 1 所 示，目前金屬成形團(tuán)隊(duì)正在使用 7 種軟件 。  于 快速預(yù)先優(yōu)化 在零件設(shè)計(jì)部分零件形狀， 而不是 用 作 幾何工具。 多 地被用于評(píng)估幾何工具原型的 模具 設(shè)計(jì) 和 系列 模具 設(shè)計(jì)。有時(shí)  用 于 執(zhí)行更加確切的優(yōu)化。   用于預(yù)測(cè) 反彈 。 在 廠， 相當(dāng) 多 的工程師已經(jīng)被訓(xùn)練使用 仿真 軟件 ，  其中有 14 名 程師和  4 名  程師。   （  2 ）雷諾汽車(chē)   在 80 年代期間， 雷諾 通過(guò)與 各大學(xué)和研究機(jī)構(gòu) 合作 在開(kāi)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(kāi)發(fā) 基 于 單 步法 的 雷諾正在在模具設(shè)計(jì) 部門(mén)使 用此 軟件 ，并試圖與 件公司進(jìn)一步開(kāi)發(fā)新的功能 。 其中 一個(gè) 功能 是 自動(dòng) 優(yōu)化 模 具設(shè) 計(jì)，另一個(gè) 功能 是能對(duì)影響成形過(guò)程的 疲勞極限的評(píng)價(jià)。為了更準(zhǔn)確地 對(duì)形成 效應(yīng)的評(píng)價(jià)，在 1993 年 ，引入了     入 了 理器，因此，這兩個(gè) 仿真軟件 可用于 同一用 戶(hù)界面 。  （  3 ）沃爾沃汽車(chē)公司   在 1989 年 ， 沃爾沃，第一次表明了 動(dòng)態(tài)顯式軟件  鈑金成形過(guò)程的 仿真 的 適用性，并在 經(jīng)過(guò) 5 年的研究 后 ， 在沖壓車(chē)間 引入該 軟件 實(shí)際使用。沃爾沃公司目前 在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和沖壓工藝 /模具設(shè)計(jì)中 使用三種有限元 軟件 ：  所有仿真 軟件 綜合成 這是一個(gè)專(zhuān)用于 汽車(chē)制造的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件。目前 11 個(gè)訓(xùn)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(yīng)商， 用有限元 軟件向金屬板材用戶(hù) 提供技術(shù)服務(wù)。發(fā)了單步 求解 器 對(duì)其 商業(yè) 化 。對(duì)于 言，作為一種提供技術(shù)服務(wù)的途徑，仿真已逐漸變得重要了。  本產(chǎn)業(yè)   （  1 ）馬自達(dá)   在 1990 年 ， 通過(guò)與  合作， 馬自達(dá)開(kāi)始 了 評(píng)估 應(yīng)用性的 初步研究。 對(duì)于 日本汽車(chē)制造商 在 板料 沖壓部 門(mén) 使 用 有限元 軟件 這是最早的嘗試。雖然馬自達(dá)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(wú)法跟上 快速 變化的技術(shù)趨勢(shì)，因此馬自達(dá)決定 引入使用 有限元 仿真 。 與 歐洲 汽車(chē)制造商 不同 ，馬自達(dá)只使用 為 仿真 軟件 ，兩名工程師在仿真環(huán)境中深入開(kāi)展高級(jí) 仿真 。  （  2 ）日產(chǎn)汽車(chē)   于 1994 年 ， 日產(chǎn)汽車(chē)開(kāi)始使用 稍候再模具設(shè)計(jì)車(chē)間引入了 通過(guò)與 作 ， 日產(chǎn)公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了 專(zhuān)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(jì)算機(jī) 試錯(cuò) 都是在早期設(shè)計(jì)階段 進(jìn)行 ， 即 在 零件 設(shè)計(jì) 后 使用大致接近 模具面的幾 何 圖形 。四個(gè)工程師從事 零件 仿真 工作 和 仿真系統(tǒng) 的開(kāi)發(fā) 。   （  3 ）日本豐田汽車(chē)   由于豐田汽車(chē)有一個(gè)非常先進(jìn)的幾何建模軟件，模具的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，和訓(xùn)練有素的模具設(shè)計(jì)工程師， 對(duì) 引進(jìn) 仿真 他們沒(méi)有太多的熱情。然而，在 鍛壓車(chē)間，高強(qiáng)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(shù) 。 試于 1993 年 并被 使用 ，豐田汽車(chē)公司自己 擁有 “ 虛擬試錯(cuò)系統(tǒng) ” ，其中包括 友好 的用戶(hù)界面 、 一個(gè) 新開(kāi)發(fā)的數(shù)據(jù) 庫(kù) 。目前四個(gè)仿真工程師 在從事此系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用 。   （  4 ）新日本制 鋼   在日本 ， 日本深沖壓研究小組（   在 促進(jìn)汽 車(chē)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(gè)框架內(nèi) 與汽車(chē)公司開(kāi)展了合作調(diào)研工作 。 在1991 年， 開(kāi)發(fā)出 了  于 1994 年 ， 又開(kāi)發(fā) 了 出 有限元 仿真 主要 優(yōu) 點(diǎn) 是減少實(shí)驗(yàn) 次 數(shù)，這 項(xiàng) 技術(shù)手段 在 被正式使用 之前主要 用于 解決薄板用戶(hù) 所提出的 問(wèn)題 。  國(guó)工業(yè)  （  1 ）克萊斯勒汽車(chē)公司   在美國(guó) ，作為 三大汽車(chē)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(kāi)發(fā)的最先進(jìn)的仿真系統(tǒng)采用 了  成為生產(chǎn)模具進(jìn)程 的 主流設(shè)計(jì)。所有主要 的重要的面板 都使用 它 仿真 。使 克萊斯勒 采用當(dāng)前 先進(jìn)的動(dòng)態(tài) 軟件仿真 的 關(guān)鍵原因 是 計(jì)算機(jī)硬件和可視化工具 開(kāi)發(fā)與應(yīng)用 。   （  2 ）福特汽車(chē)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(kāi)發(fā)，并 在福特 廣泛 使用 。這 個(gè) 軟件 主要優(yōu)點(diǎn)是能 夠 預(yù)測(cè)幾乎所有成形 瑕疵 包括缺陷回彈，但缺點(diǎn)是計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)。然而，最近，通過(guò)引進(jìn)先進(jìn)的直接矩陣 方法 求解 計(jì)算時(shí)間大大減少。動(dòng)態(tài)顯式軟件 運(yùn)作 也可以用 于 該工具設(shè)計(jì)階段。   （  3 ）國(guó)家鋼鐵   在 1996 年 ， 在北美洲 ， 汽車(chē)制造商和金屬板供應(yīng)商之間 有一 個(gè)合作研究方案 ， 叫做 “汽車(chē) 鋼鐵伙伴關(guān)系 ”，并在  1996 年， 國(guó)家鋼鐵決定利用有限元仿真技術(shù) 與汽車(chē)制造商合作建造 有共同 技術(shù) 的汽車(chē)制造基地，并 使用 了  些軟件被廣泛應(yīng)用于支持客戶(hù)活動(dòng)，如管狀液壓和拼焊板的形成。   （  4 ）美國(guó)鋼鐵公司   美國(guó)鋼鐵公司 通過(guò)“ 汽車(chē)和鋼鐵伙伴關(guān)系 ”和 “ 回彈項(xiàng)目 ” 與 汽車(chē)制造商 密切合作 。鋼板 使用性能的 評(píng) 估 是一個(gè)重要的 課 題。例 如， 通過(guò)使 動(dòng)態(tài) 代碼 和 靜態(tài) 代碼相 結(jié)合 來(lái)仿真面板局部 凹 痕 抗力 的形成過(guò)程。   附件 2：外文原文 （復(fù)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 in of  an to in So in 1013by 9[15], to a of a 6] of 6]of an a by on by to to On on in a to A of is on to on be at 19], 3 [20] 6[21]in by 2, 3] 24In to in 27, 28]. to of be to be 10 E of to of in to of is a a 3. 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