Simufact.forming铆接解决方案

Simufact.forming产品介绍

Simufact.forming在一个简洁的GUI界面上完成各种工艺仿真分析的所有工作，包括建模，工艺流程和工艺参数设置以及结果后处理,易于工艺工程师学习和掌握。Simufact.forming的界面直观易用，使用标准Windows风格界面，采用专业化语言，采用鼠标拖拽实现快速建模。前、后处理和求解计算均在同一个GUI下实现，简便易用。即使没有CAE软件使用经验的工程师，通过简单的培训，也能快速、熟练的应用Simufact.forming软件进行各种金属成形过程仿真，更大的简化工程师前期建模的工作量。

铆接问题

铆接仿真软件需要解决的主要问题如下：

（a）对各种铆接工艺进行模拟；

（b）分析各个工艺参数设计是否合理，其中包括铆钉的形状、模具的设计、冲头的进给力、材质等；

（c）产品加工可行性验证前期指导，例如当前工艺方案下是否能够得到满足要求的连接结果（互锁距离、底板最终厚度等），以及是否满足后续的机械性能要求；

Simufact.forming的用户界面（上图显示了铆接后的状态）

对于铆接完成后的虚拟机械性能测试，可以采用通过2D分析得到的铆接结果自动扩展得到3D模型，并基于3D模型和初始铆接状态（铆接结束时的变形、应力、应变作为机械性能分析的初始状态）进行后续的虚拟机械性能仿真。Simufact不仅能够定义2D平面和轴对称模型，还可以进行循环对称模型的定义。

基于Simufact.forming铆接模块进行铆接以及铆接后的虚拟机械性能测试

Simufact.forming具有完整的网格划分工具（面网格划分器、体网格划分器、环形网格划分器），可以自动生成二维（三角形、四边形）和三维（四面体、六面体）单元；可以自动进行三角形和四边形以及四面体和六面体网格的自动细化和自适应重划分；Simufact.forming可以基于指定的盒形/圆柱形区域包含的局部模型进行网格加密的处理。Simufact.forming独有的技术是基于结构的形状进行表面网格的自适应加密(结构的内部网格依然采用粗化网格)。

Simufact.forming自动六面体（四面体等）网格划分和局部网格细化

Simufact.forming可以基于多种变量例如：应力、应变、温度进行网格自适应重划分,Simufact.forming具有基于“nodes in contact” 即处于接触的节点所在的单元进行网格自适应重划分的技术。Simufact.forming通过网格自适应能够实现模型在求解过程中自动调整网格的质量（形状、尺寸），从而确保分析收敛和结果的精度。

 Simufact.forming具有丰富的模型数据接口，可以直接导入目前通用的CAD软件创建的几何模型，包括：Catia、UG、Pro/E、SolidWorks和Inventor等，无需转换为中间格式；Simufact.forming也支持导入中间格式模型文件，如：Parasolid、DXF、STL、IGES、VDA、STEP和ACIS。Simufact.forming支持整个装配体结构的直接导入。在导入时可以对几何模型进行修复，例如：小的几何特征（小面、通孔、盲孔等）进行编辑（抑制或删除）。

Simufact.forming提供了几何缺陷检查工具，可以自动检查导入的几何曲面中是否存在中断边/孔洞、退化面、小面、小台阶、自接触、重叠面、极端夹角等，通过分类标注帮助使用者快速识别有问题的模型输入进行修改或调整。

几何缺陷检查工具

通过对导入的几何（例如模具等）进行几何缺陷检查，有助于改善由此造成的仿真收敛性差以及和模具接触区域精度差以及无法进行网格划分/重划分等问题。

将模型导入后可以通过simufact.forming提供的定位工具进行简便快速的装配和重定位设置，该功能提供四种方式：平移模式、旋转模式、快速定位（基于重力建立接触）模式、区域定位模式。可以通过多种方式指定旋转中心，例如：点选节点、自定义坐标等方式。提供undo和redo工具，方便撤销或重新执行操作。

Simufact forming支持多个对象同步定位调整操作，无需每个部件分别调整，从而实现更便捷的进行装配结构的快速重定位调整。

Simufact.forming可以导入已经划分好的网格（六面体、四面体或三角形、四边形）进行工件（或坯料）以及模具的定义。

Simufact.forming提供了丰富的单元类型满足各种成型工艺过程的模拟，其中包括：三角形单元，四边形单元，四面体单元，六面体单元，壳单元，轴对称单元，平面单元。对于钣金加工工艺仿真，还可以划分高效的实体壳单元，可以在确保计算精度的同时采用更少的单元进行分析。

Simufact中的六面体单元(具有8个积分点)能提供更为精确的计算结果,对于特殊结构或无法自动划分六面体网格的工件，Simufact中还提供了高精度的四面体单元(具有4个积分点)，相比常规的四面体单元（一个积分点），Simufact中的四面体单元能够提供更为准确的计算结果。针对模具或工件在Simufact中提供了分别用于大应变(如：金属流动)和弹性应变  (如：模具应力)分析的四面体单元类型。

Simufact.forming具有材料数据库：目前有700多种材料数据，包括通用钢、不锈钢、工具钢、铝合金、钛合金、镁合金、铜、铸铁、镍合金、钴合金等材料数据。可用于各种冷、热、等温成型、焊接及增材制造工艺过程仿真。

Simufact.forming的材料数据库针对各种材料专门提供了GUI界面，每种材料涵盖了基本信息、化学成分、机械性能参数、热力性能参数、流变应力曲线、失效、微观组织、相变等信息，提供GB材料牌号对照。

Simufact的材料库独立于软件，支持用户自定义材料数据（通过表格曲线或解析模型方式定义）、编辑原材料数据、从外部导入材料数据，Simufact.forming支持导入的材料数据格式有：umt/gmt(Matild)/mat/mfd/sf(Simufact.forming)/jmt(JMatPro)。

Simufact.forming提供了各种材料模型，包括弹塑性、刚塑性、粘塑性、损伤、成型极限等，在Simufact.forming中提供的经过优化的有限元求解器完全支持弹塑性耦合分析,可以提供与其他软件采用的刚塑性或粘塑性模型相同的计算效率。Simufact.forming还能够考虑铆接分析中板与板之间的涂胶层的影响。

Simufact.forming铆接分析中涂胶层的影响（左图: 红色区域 右图：胶层材料）

Simufact.forming提供了丰富的设备库，包括：曲柄压力机、螺旋压力机、对击 锤、液压机、机械压力机等设备，并且提供了不同吨位的设备库，用户可直接调用设备库中的数据使用，也可以将自定义设备保存到设备库中，方便后续其他用户再次使用。Simufact.forming既可以直接导入几何体模型作为刚体（或可变形体）进行模具的定义，也可以自动创建模具的几何模型进行分析。

Simufact.forming可以对模具指定任意运动。该运动可以是基于标准设备的参数输入,也可以是载荷相关、速度相关、时间或行程相关的运动。Simufact.forming可以对模具（如进行横向拉伸或剪切性能虚拟仿真时可针对加载工具定义任意方向或多个方向的复合转动等）定义两个方向或三个方向的复合运动。例如下图所示：冲头的进给运动（采用液压机控制）以及横向拉伸时的工具进给参数设置（随时间变化的x方向的进给速度）。

针对冲头的进给运动（左）以及横向剪切时的工具进给参数设置（右）

Simufact.forming可以定义由弹簧驱动的模具，可以同时指定弹簧刚度和初始载荷。Simufact.forming还提供平动/转动具有非线性行为的弹簧的定义功能。Simufact.forming提供了两种模具弹簧，可以定义压缩和拉伸弹簧，如下图所示，其中对于铆接中使用的压边圈可以进一步设置压紧力，如下图所示：

铆接中的压边圈的压紧力通过模具弹簧设置

Simufact.forming提供4种类型的摩擦模型,除库伦摩擦、剪切摩擦意外，其中IFUM摩擦模型可以定义与流动-速度相关的摩擦。Simufact.forming还提供粘-滑摩擦模型。

Simufact.forming提供了高度专业化的温度相关模型用于参数(初始温度、热交换、辐射、接触传热)的自动化设置，可以模拟各种冷、热成型过程中工件与周围环境的换热、旋轮与工件的接触摩擦生热和接触导热以及工件与其它模具见的接触换热。

Simufact.forming的后处理可以以变形图、云图、X-Y图、曲线、数值表达、矢量图、切平面、动画等方式显示结果。结果类型包括：温度、变形、残余应力、相变、材料流动、硬度、应变、接触区域、热流密度、温度梯度、厚度变化等的结果。结果的显示可以基于全局坐标系或自定义的局部坐标系，对于自定义结果的设置在Simufact.forming中实现起来也非常方便。

定义切平面显示结构内部结果时，可以指定沿着任意平面进行切割，例如：平行于全局坐标平面、指定任意法线、或与全局坐标平面成任意角度等。在显示结果时可以只显示被切割后剩余部分模型、与切平面相交部分截面、与切平面相交部分外轮廓等。

对切平面结果的不同显示模式(左：显示半个模型 中：截面   右：轮廓)

Simufact.forming进行铆接分析后，可以将关键尺寸直接测量并输出，方便设计工程师进行工艺可行性和合理性的评估，在铆接分析后Simufact.forming除了可以直接输出整个过程中铆钉、板料等的变形、应力、应变等结果（下图：中）外，还可直接输出互锁距离interlock（下图：左），底部剩余厚度bottomthickness，铆钉顶部最终位置finalrivet head position，以及输出整个铆接过程中冲头上的力的变化曲线（下图：右）。

仿真结果（左：关键尺寸测量 中：铆接过程结果云图 右：冲头力曲线）

仿真结果（铆接后的虚拟机械性能测试仿真：横向拉伸/剪切等）

 

Simufact.forming基于强大的、被广泛认可的非线性求解器Marc开发，提供了直接和迭代求解器，具有很好的求解收敛性和稳定性。

Simufact.forming提供了两种方式的高性能计算求解技术：DDM和SMP，针对大规模模型可以充分利用高性能计算硬件进行快速准确的求解。

Simufact.forming软件具有和众多软件的数据接口，用户不仅可从JMatPro等专业材料数据仿真软件导入所需要的材料参数，还可将其它软件的计算结果，如simufact.welding（焊接）的结果导入simufact.forming进行后续的焊接仿真计算。或者将simufact.forming成型仿真结果导入simufact.welding进行后续焊接工艺仿真计算。实现工艺链的仿真分析。

Simufact.forming的工艺链仿真

Simufact.forming还提供了专门的连接优化设计模块，Simufact.forming提供的连接优化模块提供了针对单组设计（singlestack）和多组设计（assembly）的自动优化功能，目前提供两种类型的铆接工艺的优化设计功能，它们是：SPR（自冲铆）和CLI（埋头铆），针对连接优化设计Simufact.forming专门设计了方便易用的GUI界面，如下图所示，使用者可以根据关注的内容通过向导式的工具开始模型的设置和结果的提取。

Simufact.forming连接优化设计模块

对于优化设计中往往需要进行大批量的样本进行计算和对比的情况，Simufact.forming通过对铆接过程采用2D轴对称模型分析的方式，可以大大缩短计算时间，帮助使用者提高计算效率，在后续的虚拟性能测试中可以基于铆接的结果在Simufact.forming中自动转为3D模型进行连续分析。

在单组设计优化中，使用者可以根据设计要求和已有资源进行设计变量、约束条件等的指定，其中包括：待连接板料的层数、各层板的材质以及板后、板与板间的涂胶层信息-材质/厚度（可选项）、所采用的铆接设备、可以选用的铆钉类型、压边圈的压边力、可以选用的下模具类型等。具体设置如下图所示：

Simufact.forming连接优化设计模块的参数设置菜单

   完成上述设置后即可开始进行批量仿真模型的自动创建和提交计算，当计算结束后Simufact.forming连接优化设计模块会将计算结果进行批处理并标示出各个方案的可行性以及评分。Simufact.forming在对方案评估的过程中会综合考虑铆接后的关键尺寸、冲头力等的结果，并对各个方案的上述结果进行对比和优选，如下图所示：

    在结合实际可选用的设备的信息进行最终的方案评分，绿色为符合各项约束条件的优异方案配置、红色为多项指标不符合设计要求的方案配置。

Simufact.forming的主要功能和特点：

1．铆接工艺模拟

Simufact.forming具有机械连接、锻造、冲压、轧制、旋压、挤压、环扎、热处理、压力焊接等工艺过程的模拟功能，可以准确地模拟各种普通铆接工艺过程，例如：实心铆接、抽芯铆接、环槽铆钉铆接、无铆钉铆接、自穿孔铆接、快速铆钉铆接。针对存在多步成型和仿真需求的铆接以及后续的机械性能评估过程，Simufact.forming通过其自动多步分析功能，可以快速、简便的实现多工步的分析模型自动创建和不同工序间的结果和模型数据的自动、快速传递。

2．铆接关键尺寸、塑性应变、残余应力、冲头力的准确预测

Simufact.forming具有鲁棒性更强的求解算法和网格重划分技术，具有六面体单元和四面体网格划分工具，能够进行各种铆接工艺及后续的机械性能评估的精确、高效的仿真计算；具有回转体网格划分工具和六面体网格自动创建能力，可以对铆接过程进行精确仿真，可以准确的预测铆接后的关键尺寸（互锁距离interlock、底部剩余厚度bottomthickness，铆钉顶部最终位置）、应力、应变、冲头力、分离破坏力等的变化情况。

Simufact.forming中的六面体单元(8个积分点)能提供更为精确的计算结果，提供的四面体单元(具有4个积分点)同样能够提供准确的计算结果。Simufact.forming提供了分别用于大应变(如：金属流动)和弹性应变  (如：模具应力)分析的单元类型。Simufact.forming提供的经过优化的有限元求解器完全支持弹塑性耦合分析.可以提供与其他软件采用的刚塑性或粘塑性模型相同的计算效率，具有仿真结果精度高，并且与试验结果相符，结果可靠性高的特点。

3．数据接口

Simufact.forming可以导入BDF及ARC格式网格，兼容大部分CAE系统的数据模型，如NASTRAN，IDEAS，Ansa，HYPERMESH，Abaqus等。可以读入商用CAD软件建立的工件和模具的模型，例如：ProE、CATIA（V4、V5、V6）、UG、Solidworks、Parasolid、AutodeskInventor以及其他中间格式（iges、igs、stp、stl、step、jt）

Simufact.forming铆接仿真应用案例

管状铆钉铆接（试验和仿真对比）

    

实心铆接

    

抽芯铆接（试验与仿真对比）

   

环槽铆钉铆接

无铆钉铆接

       

快速铆钉铆接

     

多层板自穿孔铆接（可考察中间胶层的影响）

 

 文章来源SH赫普