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加工成形技術(shù)是制造工業(yè)的中一種重要的技術(shù)。當前，制造行業(yè)加工工藝正朝著(zhù)高技術(shù)的方向發(fā)展，越來(lái)越多的公司在產(chǎn)品研發(fā)和制造過(guò)程中開(kāi)始注重仿真技術(shù)的應用。
采用ABAQUS進(jìn)行仿真模擬的目的是節約開(kāi)發(fā)成本、加快研發(fā)速度和提高產(chǎn)品質(zhì)量。ABAQUS可以針對不同操作系統（如Unix，Linux和Windows等）進(jìn)行單機或多機并行運算，節省更多運算時(shí)間。
下面以ABAQUS某汽車(chē)用戶(hù)的車(chē)門(mén)設計為例，說(shuō)明ABAQUS在沖壓成型有限元模擬中的應用。
傳統的車(chē)門(mén)設計流程如圖1所示。
圖1 某型號汽車(chē)車(chē)門(mén)的傳統設計流程
其中主要設計及加工成本如下：
1.軟質(zhì)模具的設計和加工成本為20萬(wàn)美元；
2.初期生產(chǎn)并修改模具的周期一般不低于12周；
3.硬質(zhì)模具的設計修改和加工成本為75萬(wàn)美元；
4.最后產(chǎn)品試生產(chǎn)、模具方案的定型、修正生產(chǎn)流程直至正式生產(chǎn)的周期一般為8~9個(gè)月。
其中，硬質(zhì)模具的設計費用包含在前期軟質(zhì)模具設計費用之中，后期只計算修改模具設計的費用。
采用ABAQUS進(jìn)行數字仿真之后，設計流程如圖2所示。
圖2 引入ABAQUS后某型號汽車(chē)車(chē)門(mén)的設計效果
修改設計流程之后，主要設計和加工成本如下：
1.軟質(zhì)模具的設計和加工成本為10萬(wàn)美元；
2.初期生產(chǎn)并修改模具的周期縮短為4周；
3.硬質(zhì)模具的設計修改和加工成本為25萬(wàn)美元；
4.最后產(chǎn)品試生產(chǎn)、模具方案的定型、試生產(chǎn)、修正生產(chǎn)流程直至正式生產(chǎn)的周期一般為3.5~4個(gè)月。
經(jīng)過(guò)以上計算可以明確看出，僅車(chē)門(mén)的設計費用就節約了2/3，而設計周期則縮短為原來(lái)的1/3。
二、模擬加工成形過(guò)程中的難點(diǎn)
加工成形過(guò)程的數值模擬受到材料非線(xiàn)性、幾何非線(xiàn)性和邊界非線(xiàn)性的綜合影響，直接計算的難度非常大。從力學(xué)本質(zhì)來(lái)看，很多的成形過(guò)程可以簡(jiǎn)化為準靜態(tài)過(guò)程，對該過(guò)程的有限元模擬通常有兩種方法：靜力隱式方法和動(dòng)力顯式方法。根據動(dòng)力松弛法的原理，動(dòng)力系統的穩態(tài)解和靜力解是一致的。所以本文所涉及的算例均采用顯式動(dòng)力學(xué)的方法，即使用ABAQUS/EXPLICIT求解器模塊，對不同的加工成形過(guò)程進(jìn)行模擬。
算例表明，ABAQUS在處理加工成形中可以得到令人滿(mǎn)意的結果。
三、實(shí)際應用
1.普通油箱的沖壓成形
本實(shí)例模擬油箱的沖壓成型過(guò)程。圖3所示為實(shí)際成型時(shí)油箱的一半的形狀。考慮到在沖壓成型過(guò)程中，油箱結構的對稱(chēng)性，本文通過(guò)模擬圖3左下所示的結構，對其進(jìn)行模擬分析，達到分析整個(gè)油箱成型的目的。首先，通過(guò)ABAQUS/CAE完成圖3右側所示的裝配圖，其中平面鋁板將被沖壓成型為圖3左下的結構。成形的全過(guò)程如圖4所示，模擬結果跟實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程相吻合。其中，圖5所示為整個(gè)過(guò)程中內能和動(dòng)能的變化曲線(xiàn)，可以確定模擬過(guò)程為準靜態(tài)。圖6表現的是成型后金屬板的厚度分布云圖。圖7給出了與厚度變化違禁詞處的單元相關(guān)的四個(gè)節點(diǎn)處的厚度在時(shí)間域內的變化曲線(xiàn)。
圖3 油箱的結構模擬圖及裝配圖
圖4 油箱沖壓成形過(guò)程示意圖
圖5 整個(gè)過(guò)程中內能和動(dòng)能的變化曲線(xiàn)
