第十三次 模具cae

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1、复习上次课内容：模具CAM主讲本次课内容：模具CAE（简介）第一节、有限元分析概述第二节、金属塑性成形模拟第三节、塑料成型模拟分析第七章模具CAE现代成形加工与模具正朝着高效率、高速度、高精度、高性能、低成本、节省资源等方向发展，因此传统的设计方式已远远无法满足要求。20多年来，随着计算机技术和数值仿真技术的发展，出现了计算机辅助工程分析(ComputerAidedEngineering)这一新兴的技术，该技术在成形加工和模具行业中的应用，即模具CAE。CAE所涉及的内容非常丰富，泛指运用科学的

2、方法、以计算机软件的形式，为工程领域提供一种有效的辅助工具，帮助工程技术人员对产品、加工工艺、工模具、以及制造成本等进行反复的评估、修改和优化，直到获得最佳的结果。由于所开发CAE软件的种类、功能都较有限，系列化与集成化都难以实现；CAE应用还远未达到所定义范围。目前，模具CAE的主要内容和目的：对工件的可加工性能作出早期的判断，预先发现成形中可能产生的质量缺陷，并模拟各种工艺方案，以减少模具调试次数和时间，缩短模具开发时间；对模具进行强度刚度校核，择优选取模具材料，预测模具的破坏方式和模具的寿

3、命，提高模具的可靠性，降低模具成本；通过仿真进行优化设计，以获得最佳的工艺方案和工艺参数，增强工艺的稳定性、降低材料消耗、提高生产效率和产品的质量；查找工件质量缺陷或问题产生的原因，以寻求合理的解决方案。第一节有限元分析概述对于一般的工程受力问题，获得整个问题的精确解一般几乎是不可能的。随着20世纪五六十年代计算机技术的出现和发展、以及工程实践中对数值分析要求的日益增长，并发展起来了有限元的分析方法。有限元法自1960年由Clough首次提出后，获得了迅速的发展；首先只是应用于结构的应力分析，但

4、很快就广泛应用于求解热传导、电磁场、流体力学、成形工艺等连续问题。一、有限元法的基本概念对于连续体的受力问题，可以假想地将整个求解区域离散化，分解成为一定形状有限数量的小区域（即单元），彼此之间只在一定数量的指定点（即节点）处相互连接，组成一个单元的集合体以替代原来的连续体；只要先求得各节点的位移，即能根据相应的数值方法近似求得区域内的其他各场量的分布；这就是有限元法。有限元法的实质就是将一个无限的连续体，理想化为有限个单元的组合体，使复杂问题简化为适合于数值解法的结构型问题；且在一定的条件下，

5、问题简化后求得的近似解能够趋近于真实解。由于对整个连续体进行离散，分解成为小的单元；有限元法可适用于任意复杂的几何结构，也便于处理不同的边界条件；在满足条件下，如果单元越小、节点越多，有限元数值解的精度就越高。随着单元的细分，需处理的数据量非常庞大，采用手工方式难以完成，必须借助计算机；计算机具有大存储量和高计算速度等优势，同时由单元计算到集合成整体区域的有限元分析，都很适合于计算机的程序设计，可由计算机自动完成；随着计算机技术的发展，有限元分析才得以迅速的发展。二、有限元法分析的基本过程结构的

6、离散化，就是将结构划分成为有限个单元体。假定位移是坐标的某种简单函数，称为位移函数。分别导出单元的应变、应力和刚度矩阵。求单元的应变能求结构的总应变能求结构的总势能根据势能极小原理求上述函数极小值得到引入几何边界条件求得所有的未知节点位移根据求得的节点位移，计算出各单元的应变和应力。有限元软件并不直接体现以上的过程，一般只是根据相应的功能分为前处理、分析计算和后处理三大部分。前处理模块的主要功能是构建分析对象的几何模型、定义属性以及进行结构的离散划分单元；分析计算模块则对单元进行分析与集成，并最

7、终求解得到各未知场量；后处理则将计算结果以各种形式输出，以便于了解结构的状态，对结构进行数值分析。三、通用有限元软件简介有限元法自1960年代提出后，由于其强大的功能，获得了迅速的发展。但有限元法的应用离不开计算机和有限元应用软件；随着有限单元法理论的发展和完善，国内外先后开发出了MSC.NASTRAN、ANSYS、ASKA、ADINA、SAP等诸多大型通用有限元软件，ABQUS、LS-DYNA、MSC.MARC等非线形分析有限元软件，及其他各种功能的有限元应用软件。这些软件一般都具有结构静动力

8、分析、大变形和稳定分析、各种非线形、以及热分析、流体分析和多物理场耦合分析等功能，有比较成熟、齐全的单元库，并提供二次开发的接口。有限元软件MSC.NASTRANNASTRAN有限元分析系统是由美国国家宇航局（NASA）在20世纪60年代中期委托MSC公司和贝尔航空系统公司开发，发展至今已有多个版本，其系统规模大、功能强。在70年代初期，MSC公司对原始的NASTRAN进行改进和完善后推出了MSC.NASTRAN。作为世界最流行的大型通用结构有限元分析软件之一，MSC.NASTRAN的分析功能覆