从FEM反馈到CAD

作者：Think3有限公司 沃尔夫冈·维斯

欢迎访问e展厅 展厅 1 CAD/CAM软件展厅 CAD软件, CAD/CAM, CAM, 钣金CAD/CAM, CAI, ... 过去人们只能通过根据目标尺寸偏差方法来减少板材回弹现象的发生。而如今，在计算机上利用FFM(有限元分析法)模拟就可以预先计算板材的回弹量。在板材质最较差的情况下，这两种方法(将FEM的结果反馈回CAD系统)很昂贵，最新一代软件的目的在于开发一种更加简单和快捷的工作方式。这种程序不仅仅能够用于补偿回弹．也能够将结果自动反馈回板材的CAD模型。 让我们来做一个实验：找一张A4大小的板材片尝试将它弯曲，很容易就能够将板材的上下两边重叠在起来。但是一旦撤销作用力，板材就会迅速回弹：这就是所谓的回弹效应。必须将板材进一步夸曲才能使其超过回弹极限点并保持所期望的形状．板材是汽车工业最重要的半成品，因此有必要弄清楚这个现象。当移除成型工具后，板材就会由于其材料自身特性和应力的原因而偏离预先设计的形状。现有的消除这种回弹效应的方法是预先计算好回弹偏移量，然后根据这个偏移量和目标尺寸之间的偏差尺寸修正成型工具。 长期以来，设计人员办公桌上的图纸变得越来越多。今天借助CAD(计算机辅助设计)系统可以在计算机上绘制两维或者三维的图纸，PLM(产品生命周期管理)和数字化工厂技术不断进步，使得在板材加工中已经很少采用试制—纠错的流程。甚个利用“Flex”技术来改进成型工具的情况也不少见。 今天在模具设计的CAD数据(A级质量的外饰件和结构件)中就已经集成了有限元分析方法，这样就可以模拟计算回弹量并设法在模型上消除回弹，然后再向CAD系统输入重新计算过的数据；关于这一流程，目前有两种解决方法：一种是向CAD系统手工输入FEM数据，然后再用经过FEM模拟计算得到的目标坐标进行补偿。这是很复杂的工作流程，主要取决于操作人员的细致程度，由于手工更改的原因，对于同一个模具也就没有统一的公差控制。所以在这种情况下不能任意重复更改，也就是说，每当开始一个新的工作步骤就需要从头进行。这个方法对于修正在后续加工工序中所使用的工具也显得很麻烦，因为这些工具每次都需要根据模具尺寸的复杂程度进行匹配。这些匹配工作带来的工作通常需要持续好几天甚至好几周。 表面反射法软件在质量方面的缺陷 向CAD系统传输数据的第二种方法是用表面反射法软件进行工作，通过这种方法就无需手工输入数据，就可以快速修改板材的模型。不过这种输入方法依然存在缺陷：无法在全局范围内确保公差控制．并且会丢失原始板材模型的拓扑结构。可以通过双重数据处理法得到结果：一方面是通过FEM方法，另一方面是通过表面反射法软件。就是以有限元模拟为基础建立种名为“网格”(将单一的实体想象成网格)的表而构造方法。在理想化的条件下，表面拥有4个边界点。但是，通过网格法构造出来的表面不具有这样的特征属性：因为我们得到的是手工建立局部模型，或者更确切地说，这种模型不能够用传统技术进行修改。 在表面反射法软件的运行流程中可以产生比原始CAD模型多得多的表面，不过其质量很低。尽管在这种情况下不可能指望得到用于构造可见自由表面所必需的A级质量，但是还是能够得到专门用于汽车白车身或者内饰件的表面数据。这些表面必须具有最佳的形状和相当高的表而质量。 为了控制最佳的表面结构．使用光线或者斑马线光栅。将斑马线光栅打在表面模型上，就可以将表面不平整部分模拟成下降的反射光线并加以识别。一旦出理这样的情况就要借助于模型自身的控制点修改表面，直到光线反射在表面所期望的形状上。通过光线反射还能够将对修改表面所需要的数据输出到铣床上。表面反射法容易出现的问题是丢失反射图像和对表面质量的猜测。模型的表面数量越多，斑马线方法的运行就越不平滑。 新的软件可以确保初始质量 上面的两种解决方案其实都不能让设计人员真正满意。到目前为止，他们还需要在样车开发过程中花费大量的时间。此外，工作成果的质量主要还是取决于设计人员的素质和水平。现在．位于慕尼黑附近的一家软件公司借助于一种名为" Think Compensator(会思考的补偿器)”的程序开发了种新的解决方案，这个方法可以将有限元模拟的数据直接反馈回到CAD系统．整个过程都是自动运行的．而不需要几个小时甚至几天的手工劳动。另外，这个软件还能够解决光线反射过程中出现的质量下降问题。设计人员可以自行决定公差点。此外，数据还能够集成到将来的工作步骤中。需要特别强调的是，CAD模型的拓扑结构得到了保留：表面的数量、边界、弯曲和特征属性都得以保留，模型的原始质量得到了保证。 这个软件借助于一种名为“移位排列”的方法处理原始的CAD数据，以及FEM模拟运算得到的起始/目标网格。通过对比起始/末尾的条件就可以修改CAD模型。此外，这个软件还可以将不同的CAD和FEM系统数据集成在一起。用户可以重复利用这个程序的GSM技术(全局成型建模)(这种技术可以在是提和表面混合建模软件“thinkiD”中使用)。GSM技术实现了在确保表而过渡区域质最的前提下修正表面之间复合结构的可能性。 很多公司使用了这个软件，比如宝马汽车(宝马公司同时也主导了这项技术的发展)、马自达汽车、意大利的Attrezzeria Paganelli公司和美囚的克银斯蒂工业公司。以上这些公司内部的样车制造速度与以前相比得到了明显的提升；个别的重复步骤得到了很好的规避。如下的一些因素(更短的开发周期、快速的市场响应速度和显著降低的成本)正发挥出越来越大的作用，将来还能够进一步提升包括汽车制造业在内的诸多行业的盈利能力。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (6/16/2008)