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金属板料成形数值模拟可以形象地描述金属在成形过程中的流动行为,提供变形体及模具在成形过程中各种物理学场量的分布及变化规律,从而为模具设计提供依据,减少试模次数,具有重要的研究价值。 有限元网格划分是有限元分析的关键技术之一,良好的网格有助于提高有限元的计算速度和计算精度。节点编号优化可以减少有限元的带宽,从而提高有限元求解速度。本论文以网格划分和节点编号优化为研究重点,完成了以下研究工作: 1) 在分析比较了映射网格生成法、节点生成法、子域分离法、叉树法、扫描法、栅格法等之后,在UG中开发其曲面网格划分功能,新增了网格划分功能菜单,使得在UG中网格划分过程更加简单,特别是在对复杂的曲面模型划分时,与UG相比划分速度更快。 2) 有限元的刚度矩阵具有对称性、稀疏性、带形分布等特性,减少有限元的同单元最大节点编号差可以减少有限元的带宽,可以提高求解速度。以此为目标,本文在对节点编号优化进行了概述及典型的编号法进行了详细说明后,基于数学归纳法分析最佳节点编号排序的某些特点,提出了节点编号优化新算法,将优化目标的多约束条件通过惩罚处理变成单一约束条件,大大减少算法复杂程度,并易于程序上的实现。通过实例对平面三角形单元、平面四边形单元、板料成形中的壳单元进行节点编号优化,以验证该算法的有效性和优越性。 3) 目前模型的数据信息难以有效地完全共享,从而较大地制约了板料成形模拟的发展。利用CAD和CAE软件各自的长处,实现优势互补,避免CAD模型导入CAE后出现的模型部分数据的丢失,减少在CAE软件中耗时和费力的修补工作,本论文在以网格模型中的单元和节点数据信息为转换对象,进行了CAD和CAE的数据集成这方面探索性的研究工作。 4) 利用本课题开发的网格划分功能和节点优化算法对江铃汽车J117车地板进行了网格划分和节点优化,在DYNAFORM中完成有限元模拟,对比优化前后的结果,从而进一步证明了本课题所开发的网格划分和节点优化算法的可行性、有效性和优越性。 本研究工作的主要创新点为: 1) 在UG下做了二次开发,新增了网格划分功能菜单,使得UG中网格划分过程更加简单,特别是对复杂的曲面模型划分时,与UG相比划分速度更快。 2) 基于数学归纳法提出一种节点编号排序优化新算法,将优化目标的多约束条件通过惩罚处理变成单一约束条件,大大减少算法复杂程度。该算法能大大减少半带宽,与CAE软件自身的节点编号优化相比更能有效地减少半带宽。