用于回彈補償的有限元模擬中的應力釋放的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明整體上涉及解決模擬對象中彎曲應力的釋放的改善的有限元分析模擬。
【背景技術】
[0002]車輛制造商在實施更輕、更強的材料(比如鋁合金)以滿足燃料經濟性目標、減少制造成本并減小車輛重量同時符合要求越來越高的安全標準。滿足這些相互沖突的目標的一種方法是將高強度鋁合金液壓成形成重量較輕的液壓成形的車輛部件。為了建立液壓成形部件設計的產品可行性，設計師可以利用有限元分析(FEA)來模擬制造工藝的模型。

【發(fā)明內容】

[0003]在第一說明性實施例中，系統(tǒng)包括存儲有限元分析模擬器的存儲器以及處理器，該處理器配置用于執(zhí)行有限元分析模擬器以模擬對原材料執(zhí)行的形成對象的對象設計的預彎操作以產生模擬的預彎結果、調節(jié)模擬的預彎結果的應力張量分量以去除來自模擬的預彎結果的殘余彈性變形并且使用調節(jié)的模擬預彎結果完成原材料的對象模擬。
[0004]在第二說明性實施例中，計算機執(zhí)行的方法包括通過處理裝置執(zhí)行的原材料的液壓成形模擬器來模擬對原材料執(zhí)行的形成對象的對象設計的預彎操作以產生模擬的預彎結果；通過液壓成形模擬器調節(jié)模擬的預彎結果的應力張量分量以去除來自模擬的預彎結果的殘余彈性變形；以及使用調節(jié)的預彎結果完成液壓成形模擬。
[0005]在第三說明性實施例中，非瞬態(tài)的計算機可讀媒介存儲有有限元分析模擬器的指令，當通過至少一個處理器執(zhí)行時該指令配置用于使至少一個處理器模擬對原材料執(zhí)行的形成對象的對象設計的預彎操作以產生模擬的預彎結果；通過有限元分析模擬器調節(jié)模擬的預彎結果的應力張量分量以去除來自模擬的預彎結果的殘余彈性變形；以及使用調節(jié)的模擬預彎結果完成有限元分析模擬。
【附圖說明】
[0006]圖1說明用于執(zhí)行制造工藝的預彎(pre-bending)操作的示例系統(tǒng)；
[0007]圖2說明通過改善的預彎殘余彈性變形補償來執(zhí)行有限元分析的示例系統(tǒng)；以及
[0008]圖3說明通過改善的預彎殘余彈性變形補償來執(zhí)行有限元分析的示例流程。
【具體實施方式】
[0009]根據需要，本說明書中公開了本發(fā)明的具體實施例；然而，應理解公開的實施例僅為本發(fā)明的示例，其可以多種替代形式實施。附圖無需按比例繪制；可以放大或縮小一些特征以顯示特定部件的細節(jié)。所以，此處所公開的具體結構和功能細節(jié)不應解釋為限定，而僅為教導本領域技術人員以多種形式實施本發(fā)明的代表性基礎。
[0010]可以使用液壓成形將原材料制造成機動車部件，比如制成車底組件、車頂縱梁、前縱梁和發(fā)動機架。為了將原材料成型成希望的部件，液壓制造工藝可以對原材料執(zhí)行預彎、預成形以及液壓成形操作。其它制造工藝也可以包括隨后有進一步的制造操作的預彎步驟。
[0011]圖1說明用于執(zhí)行制造工藝的預彎操作的示例系統(tǒng)100。在預彎操作期間，可以將原材料104的中心線102調節(jié)為與待成形的所得部件的中心線106 —致的形狀。在很多情況下，原材料104可以是擠壓招制品(aluminum extrus1n)(例如有或沒有內壁或臂)，但是在其它情況下原材料104可以是另一種韌性金屬(ductile metal)(比如黃銅、低合金鋼或不銹鋼)。在很多情況下，原材料104可以是管狀或具有相對較圓的截面以便于原材料104在多個方向、方位和角度上的成形，但是在其它示例中也可以利用具有非圓形截面的原材料104。
[0012]在一個示例中，可以使用計算機數字控制(CNC)折彎機執(zhí)行旋轉拉伸彎曲(例如如說明的用于相對較緊的折彎)或推滾彎曲(push roll bending)(例如對更柔和的折彎有用的)的來完成預彎操作。折彎機可以包括保持原材料104的直線或切線部分的隨動器108 ;使原材料104繞折彎模112旋轉的夾具110 ;圍繞折彎而支持管道內部的芯軸114 ;以及剛好在內徑的切點之前接觸原材料104的防皺塊(wiper die) 116，刮擦原材料104以防止可以形成在折彎的內徑上的折皺。
[0013]原材料104可能通過預彎操作而遭受顯著量的殘余彈性變形(即回彈)。如說明的，示例中心線118說明原材料104在從折彎器卸載之后發(fā)生的彈性恢復之后的中心線。由于變形量可能根據很多變量(比如原材料104的成分和厚度以及折彎工具的幾何形狀)而變化，可能難于模擬或以其它方式預測原材料104經歷的精確的殘余彈性變形量。然而，在制造期間可以通過執(zhí)行指定量的過彎曲(overbending)來補償回彈，這樣當原材料104回彈時它恢復至希望的角度。雖然可能難于精確地模擬使用的過彎曲的量，但是可以通過折彎機的操作者精密調整并且按需求重新調節(jié)過彎曲的量(比如針對新的一批原材料104)。
[0014]—旦預彎完成，可以對原材料104執(zhí)行進一步的制造操作。在液壓成形的情況下，可以執(zhí)行液壓成形工藝的預成形和液壓成形操作。在預成形期間，可以改變預彎的原材料104的形狀使得它可以正確地位于液壓成形模腔內(比如以避免在模具關閉期間預彎的原材料104周圍的頂傷(pinching)或者將原材料104的物質重新分配至相對較高局部展開的區(qū)域)。在液壓成形期間，通過內部壓力和軸向供給的組合措施可以迫使預彎的預成形原材料104形成模腔的形狀。例如，預彎預成形的原材料104可以設置在液壓成形模腔中，并且通過處于相對較高水平壓力的流體從每端填充以根據模腔使預彎預成形的原材料104形成希望的部件的形狀。
[0015]由于制造工藝(比如液壓成形工藝)的復雜性，可以利用有限元分析(FEA)建立產品的可行性。FEA是通過數學計算用于微分方程式的邊值問題的數值解以估算物理對象或經受外部負荷的對象的響應的技術。在FEA中，將要成形的分析的部件的幾何形狀被離散成或近似成在有限元的網格中連接在一起的一組點或節(jié)點。一旦被離散，可以利用微分方程式將對象的幾何形狀近似成一組有限大小的矩陣方程式，其中矩陣方程式可以描述時間上特定時刻處應力、速度和加速度場之間的關系。
[0016]圖2說明執(zhí)行用于制造模擬的FEA的示例系統(tǒng)200。該系統(tǒng)包括處理裝置202，該處理裝置配置用于利用FEA模擬器204接收用于將要模擬的部件的對象設計212、模擬預彎、使用對象設計212模擬任何進一步的操作并且確定指示模擬的對象設計212的可行性和其它方面的模擬的結果214。對于液壓成形工藝，這些進一步的操作可以包括預成形和液壓成形或者可能是沒有預成形的液壓成形。隨后可以將模擬的結果214存儲并且經由顯示器216顯示給操作者。
[0017]處理裝置202可以包括多種計算機設備，比如計算機工作站、服務器、臺式計算機、筆記本電腦、膝上計算機或手持式計算機或者一些其它計算機系統(tǒng)和/或裝置。計算裝置(比如處理裝置202)通常包括可以將計算機可執(zhí)行的指令保存在其上的存儲器206，其中可以通過處理裝置202的一個或多個處理器208執(zhí)行指令?？梢允褂酶鞣N已知的計算機可讀媒介存儲這些指令和其它數據。計算機可讀的媒介210 (也稱為處理器可讀的媒介210或存儲器210)包括參與提供可以通過計算機(例如通過處理裝置202的處理器208)讀取的數據(例如指令)的任何非瞬態(tài)(例如有形的)媒介?？傊幚砥?08 (例如經由計算機可讀的存儲媒介210等從存儲器206)接收指令并且執(zhí)行這些指令，從而執(zhí)行一個或多個程序，包括本發(fā)明描述的一個或多個程序?？梢酝ㄟ^使用各種編程語言和/或技術(例如但不限于 Java、C、C++、C#、Fortran、Pascal、Visual Basic、Java Script、Perl、PL/SQL 等中的一者或其組合)的計算機程序來編譯或解釋計算機可讀的指令。
[0018]FEA模擬器204可以是處理裝置202的存儲器210中包括的一個應用程序。FEA模擬器204可以包括當載入存儲器206并且通過處理裝置202執(zhí)行時使處理裝置202對將要分析的部件的對象設計212執(zhí)行制造模擬(比如FEA液壓成形模擬)的指令。更特別地，FEA模擬器204可以配置用于以對象設計212規(guī)定的在制造期間執(zhí)行的順序對用于制造部件或其它對象的每個操作數學建模。例如，FEA模擬器204可以執(zhí)行預彎模擬、可以將預彎模擬的輸出應用至預成形模擬并且可以將預成形模擬的輸出應用至液壓成形模擬而產生模擬的結果214。在另一個示例中，FEA模擬器204可以執(zhí)行預彎模擬并且可以將預彎模擬的輸出應用至液壓成形模擬而產生模擬的結果214。通過FEA模擬器204確定的模擬結果214隨后可以用于識別根據模擬的對象設計212產生的部件的問題，比如易形成折皺的區(qū)域、可能會分裂的地方或者在可能經歷形狀和位置公差超過設計要求的區(qū)域。
[0019]由于FEA模擬的后期階段可能取決于早期階段的結果，FEA模擬早期階段的誤差可能對非常不精確的模擬結果214作出貢獻。液壓成形的FEA方法不能對制造精確地建模的一方面是關于預彎操作期間和之后的殘余彈性變形計算。因為模擬的和實際的回彈之間的差異，對象設計212通常存在兩個折彎計劃:意欲說明獨立于機加工的原材料104的特定特性的希望的部件設計的設計折彎計劃，以及折彎機處理原材料104特性而實際使用的回彈補償折彎計劃。
[0020]—些FEA包會配置用于根據設計的折彎計劃建模。所以，回彈之后的模擬部件可能具有不正確的幾何形狀和尺寸。在這樣的包中，可以在部件的除實際折彎區(qū)域之外的幾乎每個地方設置剛性約束，防止預彎期間回彈。然而，在下一操作期間當約束去除時回彈隨后釋放，導致用于預成形和