ANSYS/LS—DYNA和DYNAFORM软件对板料的弯曲回弹比较分析

摘 要 在工业化水平日新月异的今天，对零件成形精度的要求越来越高，随着高强度金属板与合金板在许多行业领域里的广泛使用，使得由这些材料进行冲压成形的零件相对于传统的普通低碳钢板材零件，生产过程中的回弹问题比较突出，本文对市场上常用的弯曲回弹分析软件进行比较，分析优缺点，以期对相关工作者有所帮助。

关键词 回弹；有限元；对比

中图分类号：TG386 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）022-055-2

金属弯曲成形加工，通常都是采用冲压成形的方法。在冲压过程的最后阶段，由于材料自身弹性特性的存在，使得板料内部形成残余应力。在模具未离开工件以前，残余应力被来自模具的载荷所制约，无法得到释放。一旦模具离开，载荷消失，残余应力发挥作用，则使工件的成型尺寸发生了与模具释放前不同的变化。这个偏差量就是回弹量。

利用有限元仿真技术进行产品冲压成形后的回弹等变形的模拟分析，并在此基础上建立加工工艺参数与成形后回弹量之间的关系，利用优化方法进行回弹控制，为实际生产的模具设计和工艺制定提供参考，对于降低产品制造成本、缩短研发周期、保障零件的装配精度和提高产品的市场竞争力都有着重要意义。

在对板料冲压成形产生回弹现象的研究领域，如DYNAFORM、ANSYS/LS-DYNA等有限元模拟软件都可以对板料冲压成形过程进行很好的模拟仿真，并做出回弹分析。

1 有限元数值模拟方法概述

20世纪60年代，Clough首次提出有限元的概念。在有限元数值模拟计算中，对于类似板料弯曲成形这种非线性的求解问题，常用的算法有静力隐式算法和动力显示算法两种。一般情况下，求解二维问题时多采用前者，而对于三维问题的求解则通常采用后者。

静力隐式与动力显式两种方法各有利弊，所以在目前的冲压成型研究中常常采用动静结合的方法进行计算，就是在板料冲压成形过程中采用动力显式算法，而在模拟回弹过程则采取静力隐式算法，这样做不但可以提高计算效率，节约了大量的计算时间，同时计算结果的精度也同时得到保证。

2 ANSYS/LS-DYNA概述

DYNA程序现在已经成为著名的非线性动力分析软件。在1996年LSTC公司与ANSYS公司联合推出了ANSYS/LS-DYNA，把LS-DYNA求解器完全集成到ANSYS软件中，大大增强了LS-DYNA的分析能力，用户可以充分利用ANSYS强大的前后处理和统一数据库等优点进行非线性问题的研究。ANSYS的单元与LS-DYNA的单元可以自由转换。这些分析方式可以应用于在离心力、螺栓预紧等初始应力的施加以及板料冲压成型分析后的回弹计算等方面。

3 DYNAFORM概述

DYNAFORM的分析引擎的主要由LS-DYNA程序发展而成，Livermore，California的Livermore Software Technology Corporation（LSTC）提供技术支持。该程序使用的是一个一般用途，非线的，动态的有限元分析数字，近似模拟液体和固体的结构性问题。这些数字已经应用到诸如汽车覆盖件，钣金成形的实际生产等。

众所周知，金属成形生产周期的瓶颈是模具设计时间。DYNAFORM-PCCAE 对模具的工作过程进行近似的模拟，藉此缩短模具的试模时间和费用，生产高质量的板件和冲压零件。很明显，DYNAFORM能有效地模拟出使用模具的加工过程中的四个主要问题：卷曲，拉伸模，回弹和多工位模。这些模拟使工程师能够在设计的前期就能对产品设计进行可行性研究。

用户也能利用已定义好的模具工作表面的数据来预测冲压件的效果，如开裂、起皱、变薄，还可以预知滑移痕迹和回弹效果。

4 在回弹分析方面的对比

通过两个软件分析回弹分析的整个过程，就回弹等大变形非线性问题方面对两者进行全面的对比。

1）首先从操作语言和界面上来看，ANSYS不支持中文操作，界面为全英文文字界面，没有图标帮助查找和记忆；而DYNAFORM支持包括中文在内的多国语言作为系统语言，界面友好，大多数操作命令窗口配有微缩图标方便记忆和查找。

2）在操作手段方面ANSYS虽然支持命令流操作，方便快捷，但是对操作者的水平要求很高，需要熟练掌握各种操作命令，并且操作过程中的很多情况可视化程度较低，不易及时发现错误进行改正；而DYNAFORM操作比较简单，初学者经过短时间的熟悉过程就可以进行一些有限元分析计算，分析过程中可视化程度较高，提供了预览功能，通过动画的形式直观的显式工艺过程，可以及时发现错误并进行纠正。

3）在较大变形问题的分析过程中，ANSYS对于模型的变形程度的包容性较差，有时在分析结束后会出现沙漏现象；而DYNAFORM自身的自适应网格划分能力很强，在计算过程中可以根据加工工艺的不同适时的改变网格疏密程度。

4）在工具定义和加载方面，ANSYS不提供工具定义功能，需要对模型的每个部分分别做较详细的定义，软件才能正常进行计算，同时在加载时需要自行手动输入参数，工作量较大；而DYNAFORM所提供了模具和板料的分类定义功能，操作者只需要将对应层定义为对应的工具即可，另外在加载时软件提供了自主计算并形成加载曲线的功能，省去了操作者大量的时间。

5）对于回弹结果分析，ANSYS需要多项操作，如去掉某些材料特性、关闭形状检查、打开大变形判断等，比较费时费力；DYNAFORM中提供了回弹分析和回弹补偿的计算工具，只需选择板料并进行简单定义即可完成回弹分析计算，节约分析时间。

参考文献

[1]朱东波，孙琨.板材成形回弹问题研究新进展[J].塑性工程学报，2000.

[2]ESI Group Software Product Company，PAM-STAMP Programs in Applied Mechanics，Engineering[M].Systems International，Paris，France，2000.

[3]赵海鸥.LS-DYNA动力分析指南[M].兵器工业出版社，2003.