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汽车车身虚拟仿真实验教学系统

时间:2020-02-18 10:58来源:未知 作者:admin 点击:
采用先进的虚拟现实技术,因此采用汽车车身冲压虚拟仿真实验教学系统。该虚拟仿真教学系统利用板料成形数值模拟的专用软件Dynaform,逼真再现冲压过程中看到的情况,并通过高清显示系统达到与操作者实时互动,让操作人员产生身临其境的感觉。

汽车车身冲压虚拟仿真实验教学系统

一、实验教学系统简介

汽车车身冲压所用的模具机械结构复杂、费用昂贵、安装过程繁琐,试模时需反复调整模具和更换板料,操作过程比较危险。为了能让每个学生直观形象地学习模具的结构和零件冲压成形过程、成形质量、应力应变等值线图及随机械载荷变化的动态显示图等相关知识,采用先进的虚拟现实技术,因此采用汽车车身冲压虚拟仿真实验教学系统。该虚拟仿真教学系统利用板料成形数值模拟的专用软件Dynaform,逼真再现冲压过程中看到的情况,并通过高清显示系统达到与操作者实时互动,让操作人员产生身临其境的感觉。

说明: http://vsme.hnu.edu.cn/file/images/2013/11/16/15/4c865156-68a0-4af3-9a63-8f546850df48.jpg

 

汽车车身冲压虚拟仿真实验教学系统典型界面

二、实验教学系统与效果

学生通过学习模具整体结构、安装、拆卸和试模;冲压过程中所需设置的工艺参数,如压边力、冲压速度、摩擦系数等,迅速掌握操作模具冲压成形的技能。本实验教学系统在机械工程专业的专业讲座和综合实验周中进行了应用。学生学习积极性高、教学效果良好。

本虚拟仿真实验教学系统包含4大模块,分别是:模具结构、网格划分、快速设置、后置处理。

2.1 模具结构

模具的结构复杂,主要包括以下部件:上模、下模、压边圈和基体等。

为了使学生更好地了解模具的结构,建立起模具的3D模型,借助UG赋予各实体动态属性,通过建立统一实体属性数据库,存入各实体的位置坐标、存在时间等信息,学生可以通过键盘鼠标随意缩放、旋转查看模具的机械机构、操作使用方法、维护办法,以学习、掌握相关知识。

1)引导观看

在全屏下观看组装好的模具结构。由软件引导学生进行模具部件的观看,可实现大部分学生对模具结构的了解,模具整体结构如图2所示。

说明: http://vsme.hnu.edu.cn/file/images/2013/11/16/15/57cb8159-40bd-4e0c-b953-ff08993bc83d.jpg

 

模具的结构

2)自由观看

在全屏下观看组装好的模具结构,可自由观看自己关注的部件,可满足不同个体的需求,可以在场景中自由观看。

3)散开部件

在普通窗口下看组装前的模具结构,让学生掌握各个部件的名称,并了解不同部件的形状和结构。如图3~4所示。

 

下模

 

压边圈

 

上模

2.2 网格划分

1)工具网格划分

为了能够快速有效地进行模拟,必须对导入的曲面或曲线数据进行合理的网格划分,理论上网格越小,成形结果越精确,但同时也会使得计算时间大大增长,所以网格需要划分合适的大小。一般只需要更改最大和最小尺寸,其他数据采用默认值。如图6所示。

说明: http://vsme.hnu.edu.cn/file/images/2013/11/16/15/c75f46cf-d57e-439b-ac99-15a9dc75bc6d.jpg

 

零件网格划分

2)网格检查

为了防止自动划分所得到的网格存在一些影响分析结果的潜在缺陷,需要对得到的网格单元进行检查。在进行“边界线显示”检查,此时边界线高亮显示,在观察边界线显示结果时,为更好地观察结果中存在的缺陷,可将曲线、曲面、单元和节点都不显示,所得结果如图7所示。

说明: http://vsme.hnu.edu.cn/file/images/2013/11/16/15/7e6484ef-d4aa-424d-991a-00a9e86d2547.jpg

 

边界线显示项检查结果

2.3快速设置

快速设置包括:材料参数与工艺参数

其中材料参数主要包括以下参数:材料类别、板料厚度、杨氏模量、泊松比和塑性应变比R等,如图8所示。

  

说明: http://vsme.hnu.edu.cn/file/images/2013/11/16/15/970d34cc-d59b-4967-aa01-222613ca77c9.jpg

材料类别及相关材料参数

工艺参数主要包括以下参数:磨具间隙、摩擦系数、压边力和冲压速度等,其中摩擦系数可以采用默认值也可以用户自定义,如图9所示。

 

工具参数设置

压边力、冲压速度、模具间隙都需人为设置,根据不同的工艺参数做相应设置,速度一般为50002000,该值远远大于实际成行中的工具运动速度,为了更有效的模拟成形过程,又不过大的影响计算效率,可以将该值缩小几倍一定比例。

压边力的设置对成形模拟结果影响很大:过大,会导致破裂现象;过小,会使制件的法兰部分产生起皱现象。所以在输入前需要进行计算,确保压边力设置得当。

模具间隙采用1.1倍板料厚,其他采用默认值,如图10所示。

 

10  工序参数设置

提交任务选项后,可以选择合适的内存,内存大则运算速度快,计算所需时间也越少,其他采用默认值,如图11所示。

说明: http://vsme.hnu.edu.cn/file/images/2013/11/16/15/314562dc-9ccc-4c97-8f60-9915e70169ae.jpg

 

11  任务选项命令项

控制参数中最大自适应等级一般为24,数目越大,成形过程中网格分的越细,精度越高,同样也会使得计算时间增长,其他一般采取默认值,如图12所示。

说明: http://vsme.hnu.edu.cn/file/images/2013/11/16/15/4c6fe44d-df15-4022-8193-2934f747f9ac.jpg

 

12  控制参数设置

到这一步,基本设置已完成,可以提交计算了,提交后会出现如下窗口,求解器以DOS窗口显示计算运行状况,程序给出了大概完成时间,由于采用了自适应网格划分,在计算过程中会有几次网格的重新划分,所以该时间并不准确。同样,CPU的数量和速度也会对计算的时间产生影响。等计算完成后,窗口会自动消失,如图13所示。

 

13  求解器窗口

2.4后置处理

实验处理数据,如图14、图15、图16、图17所示。

 

14  板料最初形状

说明: http://vsme.hnu.edu.cn/file/images/2013/11/16/15/619239ce-1c99-47d8-a5b4-5a15084e0d4e.jpg

 

15  成形后板料厚度分布

说明: http://vsme.hnu.edu.cn/file/images/2013/11/16/15/d2e387da-183b-4a39-b069-c4e5b7da89cf.jpg

 

16  零件FLD

说明: http://vsme.hnu.edu.cn/file/images/2013/11/16/15/b8b6b788-a8b3-44af-9518-b06a35bbf21d.jpg

 

17  板料轮廓线前后对比

 

 

 

三、实验项目设置与学时分配

本实验系统总学时16个,实验项目如下表。

 

序号

实验项目

学时

实验对象

备注

1

车身冲压虚拟仿真实验

16

车辆工程

实验条件不具备

 

 

(该虚拟实验教学系统为单机版,网络版正在开发中

 

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