板料成形仿真软件indeed

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1、板料成形仿真软件−INDEED®数模软件（上海）有限公司1．引言上世纪八十年代，一个由汽车制造工程师和模具设计师组成的团队开始了INDEED软件的研发，这个软件名来源于InnovativeDeepDrawing（创新的深拉延）。顾名思义，这是一个专用于金属深拉延的有限元数值模拟分析软件。在当时，显式有限元法非常流行，特别是涉及到高度的非线性材料响应，有限形变，以及在由于复杂的接触问题导致边界条件发生突变的情况下，显式有限元法有其独特的优势。鉴于板料成形过程是一个准静态过程，工程师们还是决定在INDEED中采用隐式算法；一个明显的优点是，可方便而精

2、确地进行回弹计算。如今，尽管显式算法在解决准静态问题时有诸多的缺点和不足，但其代表性软件（比如LS−DYNA）在板料成形数值模拟市场上似乎已经成为主导。这种统治地位是基于一种广为流传的思想，那就是隐式算法无论是在计算的可靠性还是效率都比不上显式算法。然而，尽管在很多情况下，显式算法可以得出令人满意的结果，但是在板料成形的模拟应用中，使用隐式算法还是有其突出的优越性。特别是在计算冲压力和板料回弹的情况下，隐式算法得出的结果更加可信。由于像超高强度钢、双相钢和特殊铝合金这样的新材料不断被采用，其仿真计算变得越来越重要。在INDEED的研发中，工程师们

3、把重点放在了针对更加复杂工况的分析结果质量上，例如精确的回弹计算和冲压力计算。因此，INDEED采用了隐式的求解方法，使用了一种独创的特殊壳单元，这种单元在厚度方向有一个附加的自由度，使用了领先的材料模型，将材料的变形梯度采用乘法分解为弹性和塑性两个部分，这些技术奠定了Indeed——高端成形模拟软件的基石。过去，使用隐式算法求解问题时常常由于有限元模型非常大，必须要使用高性能的计算机。现在，由于采用了新型的基于域分解的有限元技术，隐式算法的计算速度已经大幅提高。对于那些需要计算大型成形模拟而又不愿购买昂贵的矢量机和大型机的小公司来讲，这是个好消

4、息。最近几年中，INDEED的研发团队已经推出了FETI-INDEED，这是INDEED的并行版本，它基于FETI(FiniteElementTearingandInterconnecting)域分解技术。FETI-INDEED遵循MPI标准(MessagePassingInterface)，可以运行在异构硬件平台上，也可以运行在像LINUX集群这样的同构平台上，而LINUX集群在汽车工业中正变得越来越重要。正如INDEED这个名字的寓意一样，INDEED致力于深拉延问题的数字化模拟。现在，INDEED已经涵盖了从弯管、轧制、翻边、接合到碰撞、液

5、压、液压深拉延等几乎所有的金属成形模拟领域（如图1所示）。除了上述的高精度的方法外，INDEED还集成了特别设计的膜单元，这样使用户可以快速对成形过程进行大致的评估。本文的后续部分，将主要描述INDEED软件的主要特点。重点在INDEED独创的壳单元和材料模型上，这两个独创的技术正是INDEED的特别之处。另外阐述了FETI的实现方法，进而展示了FETI-INDEED进行模拟的实例，以便进一步理解这种方法的可扩展性。131图1：INDEED的应用领域2.INDEED的特点2.1积分方案在使用LS−DYNA或者PAM－STAMP等显式有限元方法做深

6、拉延模拟时，为了节省计算时间，通常都要放大成形过程的速度和（或者）板料网格的密度。第一种方法是为了减少模拟的时间，第二种方法为了增加所谓的临界时间步，从而减少时间步的总数。这些方法必然会导致分析出现不符合实际工艺过程的动力学效果。例如，冲压力的值就会被夸大；会发现在实际工艺中只发生弹性变形的情况，而在模拟结果中发生了塑性变形。因为有这样的情况，在分析显式深拉延模拟结果时，必须额外小心。掌握这种显式算法，自然也要求掌握大量的力学背景知识并具有丰富的计算经验。这些要求对于仅在特定问题上需要进行数字模拟的模具设计师来讲要求过高。为了避免这种为提高效率而

7、改变一些参数以便消除与实际结果不符的动力学响应情况，INDEED采用了隐式算法，在每个增量步都进行平衡迭代。在对成形过程进行显式的模拟时，通常要有数十万个时间步，而使用INDEED隐式模拟时，大约需要100到200个增量步，当然这还要取决于求解问题的非线性程度。显式积分法避免了单元刚度阵的组装和与之相应的系统方程的求解。为了提高求解效率，必须尽可能把每一个时间步所要进行的运算次数压缩到最少。在显式算法中，最耗费时间的操作有三个，第一是本构方程的求解，第二是单元算法，第三是接触搜索。为了提高显式有限元算法的效率，软件开发者倾向于将这些过程尽可能的简

8、化。基于这个原因，显式算法中通常只使用最简单的本构方程和最原始的单元算法，也就是Belytschko−Tsay壳单元。同样的原因，显式算