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汽车车身部件快速成形仿真技术平台与关键算法研究

张向奎  
【摘要】: 板料冲压成形已作为一种重要的塑性加工工艺广泛应用于航空航天、汽车、造船五金等工业领域,尤其在汽车制造业中显得十分重要。金属薄板在冲压成形过程中通常会产生较大的塑性变形,在实际生产过程中,常常会出现各种各样的成形缺陷,利用有限元仿真技术对汽车冲压件的冲压成形进行数值模拟,能很好的预测成形缺陷。汽车车身设计早期阶段的模型设计和后期的模具设计都是一个反复尝试的过程,在模型设计阶段,没有模具信息,为了减少试错的次数和降低模具设计的难度,需要有一个能够直接地、大致地评价车身零部件可成形性设计的快速校核工具。以如上的应用背景,本文开发了板成形CAE模拟软件的基础开发环境——COMX软件开发平台;在COMX平台的基础上,本文重点探讨了车身部件快速成形仿真软件系统KMAS/One-step的设计和实施过程,并对其中一些关键算法进行了深入探讨和研究。本文完成的主要工作有: (a)CAE基础软件开发环境——COMX软件开发平台的分析、设计及实施等工作。其中的主要内容有:COMX核心框架的需求分析与基本设计思路、COMX核心框架的设计与实施、基于插件的GUI机制建立、基于OpenGL的可视化相关组件设计与实施以及板成形数值模拟公共数据结构及相关显示和序列化组件的设计与实施等工作,以这些工作为基础构建了汽车车身部件快速成形仿真技术的基本开发平台。 (b)探讨了基于能量释放的One-step求解器初始场预示算法。 (c)对有限元大规模线性稀疏矩阵求解的直接法和迭代法也分别进行了深入探讨和研究。 (d)对One-step前后处理系统中的若干关键算法也进行了研究,主要包括前处理有限元网格多边形选取算法以及有限元网格质量及打折判别和修正算法等内容。 (e)对KMAS/One-step求解器的自动测试环境进行了研究,并且设计和实施了相关测试程序。


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