ABAQUS 在航空制造有限元模拟中的应用

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1、ABAQUS在航空制造有限元模拟中的应用李宝亮1引言加工成形是航空制造工业中一个重要领域，当前，航空制造业加工工艺的趋势正朝着高新技术的方向发展，越来越多的公司在研发、制造过程中开始注重仿真技术的应用。采用ABAQUS进行仿真模拟的目的：1、节约开发成本；2、加快研发速度；3、提高产品质量。ABAQUS还可以针对不同操作系统(Unix,Linux,Windows)进行单机或多机并行运算，节省更多运算时间。以ABAQUS某汽车用户的车门设计为例，传统的设计流程如图1所示：图1某型号汽车车门的传统设计流程其中，主要设计、加工成本如下：1、软质模具的设计和加工成本为20万美元；

2、2、初期生产并修改模具的周期一般不低于12周；3、硬质模具的设计修改和加工成本为75万美元；4、最后产品试生产、模具方案的定型、试生产、修正生产流程直至正式生产的周期一般为8－9个月。其中，硬质模具的设计费用包含在前期软质模具设计费用之中，后期只计算修改模具设计的费用。采用ABAQUS进行数字仿真之后，设计流程如图2所示：深圳ABAQUS培训http://www.xncae.com深圳ANSYS培训http://www.xncae.com深圳ANSYShttp://www.xncae.com深圳ABAQUShttp://www.xncae.com深圳有限元培训http:/

3、/www.xncae.comABAQUS培训http://www.xncae.comANSYS培训http://www.xncae.com6图2引入ABAQUS后某型号汽车车门的设计流程修改设计流程之后，主要设计、加工成本如下：1、软质模具的设计和加工成本为10万美元；2、初期生产并修改模具的周期缩短为4周；3、硬质模具的设计修改和加工成本为25万美元；4、最后产品试生产、模具方案的定型、试生产、修正生产流程直至正式生产的周期一般为3.5－4个月。仅车门的设计费用就节约了2/3，设计周期缩短为原来的1/3。2模拟加工成形过程的难点加工成形过程的数值模拟涉及到材料非线性、几

4、何非线性和边界非线性的综合影响，直接计算的难度非常大。从力学本质来看，很多的成形过程实际上可以简化为准静态的过程，对该过程的有限元模拟通常有两种方法：静力隐式方法和动力显式方法。根据动力松弛法的原理，动力系统的稳态解和静力解是一致的。本文所涉及的算例均采用显式动力学的方法，即ABAQUS/EXPLICIT求解器模块，对不同的加工成形过程进行了模拟。算例表明：ABAQUS在处理加工成形中可以得到令人满意的结果。3实际应用3.1冲压成形－普通油箱本实例模拟油箱的冲压成型过程。图3为实际成型时的油箱的一半的形状，考虑冲压成型过程中，它的结构的对称性，我们通过模拟图4所示的结构，

5、对其进行模拟分析，达到分析整个油箱成型的目的。首先，我们将通过ABAQUS/CAE完成图5所示的装配图，其中平面铝板将被冲压成型为图4的结构。成形的全过程如图6所示，模拟结果跟实际生产过程符合很好。其中，图7所示为整个过程中内能和动能的变化曲线，可以确定模拟过程为准静态。图8给出了成型后金属板的厚度分布云图。图9给出了与厚度变化最大处的单元相关的四个节点处的厚度在时间域内的变化曲线。6图3图4图5图6油箱冲压成形过程示意图图7整个过程中内能和动能的变化曲线63.2冲压成形－钛合金板材3.3蒙拉成形63.4钣金成形－橡皮囊成形橡胶垫橡胶垫刚体模具钣金件第一步成形第二步成形6

6、3.5弯管成形3.6圆锥管成形4结论以上实例的模拟都是在ABAQUS平台下进行，结果表明，采用ABAQUS处理加工成形中涉及到的非线性力学问题都能得到比较令人满意的结果。此外，ABAQUS还提供了种类丰富的用户子程序接口，用户可以根据需要编写特殊的本构关系曲线、复杂的载荷和边界条件、灵活多样的用户单元等，这些功能目前在研究领域、工业领域都取得了广泛应用。6