בהתבסס ידע ענן FE סימולציה של תהליכים פורמינג פח

Summary

The following paper presents a novel FE simulation technique (KBC-FE), which reduces computational cost by performing simulations on a cloud computing environment, through the application of individual modules. Moreover, it establishes a seamless collaborative network between world leading scientists, enabling the integration of cutting edge knowledge modules into FE simulations.

Abstract

The use of Finite Element (FE) simulation software to adequately predict the outcome of sheet metal forming processes is crucial to enhancing the efficiency and lowering the development time of such processes, whilst reducing costs involved in trial-and-error prototyping. Recent focus on the substitution of steel components with aluminum alloy alternatives in the automotive and aerospace sectors has increased the need to simulate the forming behavior of such alloys for ever more complex component geometries. However these alloys, and in particular their high strength variants, exhibit limited formability at room temperature, and high temperature manufacturing technologies have been developed to form them. Consequently, advanced constitutive models are required to reflect the associated temperature and strain rate effects. Simulating such behavior is computationally very expensive using conventional FE simulation techniques.

This paper presents a novel Knowledge Based Cloud FE (KBC-FE) simulation technique that combines advanced material and friction models with conventional FE simulations in an efficient manner thus enhancing the capability of commercial simulation software packages. The application of these methods is demonstrated through two example case studies, namely: the prediction of a material's forming limit under hot stamping conditions, and the tool life prediction under multi-cycle loading conditions.

Introduction

Finite Element (FE) simulations have become a powerful tool for optimizing process parameters in the metal forming industry. The reliability of FE simulation results is dependent on the accuracy of the material definition, input in the form of flow stress data or constitutive equations, and the assignment of the boundary conditions, such as the friction coefficient and the heat transfer coefficient. In the past few years, advanced FE simulations have been developed via the implementation of user-defined subroutines, which have significantly broadened the capability of FE software.

The use of such advanced FE simulations in the design of forming processes for structural components has been investigated by both the aviation and automotive industries, with the intention of producing lightweight structures that reduces operating costs and CO₂ emissions. Particular focus has been placed on the replacement of steel components with lower density materials, such as aluminum alloys and magnesium alloys. However, these alloys, especially the stronger variants, offer limited formability at room temperature and thus complex-shaped components cannot be manufactured using the conventional cold stamping process. Therefore, advanced high temperature forming technologies, such as warm aluminum forming ^1-4, hot stamping of aluminum alloys ^5-9 and hot stamping of high strength steels ¹⁰, have been developed over the past decades to enable complex-shaped components to be formed. In general, high temperature forming processes involve significant temperature variations, strain rate and loading path changes ¹¹, which would, for instance, cause inevitable viscoplastic and loading history dependent responses from the work piece materials. These are intrinsic features of high temperature forming processes and may be difficult to represent using conventional FE simulation techniques. Another desirable feature would be the ability to predict the tool life over multiple forming cycles in such processes, since they require low friction characteristics achieved through coatings that degrade with each forming operation. To represent all these features via the implementation of user-defined subroutines would be computationally very expensive. Moreover, the development and implementation of multiple subroutines would require excessive multi-disciplinary knowledge from an engineer conducting the simulations.

In the present work, a novel Knowledge Based Cloud FE (KBC-FE) simulation technique is proposed, based on the application of modules on a cloud computing environment, that enables an efficient and effective method of modeling advanced forming features in conjunction with conventional FE simulations. In this technique, data from the FE software is processed at each cloud module, and then imported back into the FE software in the relevant consistent format, for further processing and analysis. The development of these modules and their implementation in the KBC-FE is detailed.

Protocol

1. פיתוח של טמפרטורה גבוהה יצירת מודל חיזוי הגבל

1. לייזר לחתוך את דגימות לבדיקות formability מבין הסדינים AA6082 סגסוגת אלומיניום (עובי 1.5 מ"מ) לתוך הגיאומטריות נבחרים ^12.
2. Etch דפוס רשת, מורכב נקודות עגולות 0.75 מ"מ קוטר עם מרווח קבוע של 1 מ"מ, על פני השטח של הדגימות באמצעות שיטה אלקטרוליטי ^13.
3. ידני להחיל גרפיט גריז כחומר סיכה בצד הלא חרוט.
4. הרכב את אסדת כיפת המבחן במכבש הידראולי גבוה שיעור ^12. השתמש מכונת בדיקה אוניברסלית הידראולי 250 kN.
5. חמם את אסדת כיפת מבחן לטמפרטורת בדיקות ולהגדיר את האגרוף במהירות מרגשת מתמיד. אז ליזום את הבדיקה.
   הערה: טמפרטורות הבדיקה הן 300, 400, ו -450 ° C, בהתאמה. מהירויות הבדיקות לכלול 75, 250, ו -400 מ"מ / s.
6. עצור את הבדיקה בבית המופע הראשון של מזמוזים.
   הערה: עיתונות Strokדואר (כלומר, גובה דגימה סופי) מוגדר כך מזמוזים רק הוא ציין על הדגימה נוצרה.
7. מדוד את גובה הדגימה הסופי באמצעות מד גובה, ולחשב את זני שיעורי זן מרביים (שיעור השינוי של זן ביחס לזמן) באמצעות 3D אופטי להרכיב מערכת ניתוח. לנתח את השינויים ריווח לרשת כדי לחשב את הזנים בכל נקודה של הדגימה נוצרה.
8. ודא 3D האופטי להרכיב מערכת ניתוח כולל מצלמה, דגימה נוצרה, וברים בקנה מידת כיול ^14.
   הערה: הדגימה מועברת במרכז פטיפון וסגורה עם ברי הסולם, ועמדות ביחס שלהם נשארו קבועות למשך הניתוח.
9. הגדר את המצלמה בגובה קבוע (למשל, 50 ס"מ) וזווית (למשל, 30, 50, או 70 מעלות) כדי הדגימה, ולצלם מעל סיבוב מלא (360 מעלות) של פטיפון, במרווחים של 15 ° .
   הערה: preseעבודת NT, שלושה סטים של תמונות נרכשו מגובה רב מצלמה מרובה וזוויות כדי למפות את הזנים מעל הדגימה כולו ^15.
10. טענת את התמונות לתוך תוכנת הניתוח להרכיב 3D האופטי, והמשך לחשב את הזנים. עושה זאת על ידי לחיצה על פונקצית 'האליפסות צרורות מחשוב ", אשר מזהה את נקודות רשת, ואחריו לחיצה על" נקודות ורשת 3D מחשוב' הפונקציה אשר בונה את הרשת.
    הערה: חישוב הזנים ולדמיין אותו במצב ההערכה.
11. פלט ההפצות להתאמץ כדי לקבוע את זני גבול עבור כל דגימה המבוססת על ISO 12004 ^16, ואת עלילת תרשימי הגבול להרכיב עבור מהירויות ויוצרים שונות וטמפרטורות טביעה.
12. כיול מודל חומר AA6082 בטמפרטורות שונות 300 כדי 500 מעלות צלזיוס שיעורי זן מן 0.1 כדי 10 שניות ^-1.
    הערה: מודל החומר והקבוע שלה עבור AA6082מפורטים הפניה ^17.
13. ליישם ולאחד את פונקצית תשואת איזוטרופי Hosford ^18, מרצ'יניאק-קוצ'ינסקי (ח"כ) התאוריה ¹⁹ ומודל החומר בשלב 1.12 לתוך אלגוריתם אינטגרציה כדי לגבש מודל חיזוי גבול הטביעה.
    הערה: המודל מתואר התייחסות ^11.
14. כיול ולאמת את המודל שפותח על צעד 1.13 באמצעות ובין התוצאות שהושגו בשלב 1.11.
15. לחזות את הגבולות ויוצרים באמצעות המודל אומת ¹¹ משלב 1.14.
    הערה: איור 1 מציג את תחזיות המודל המתקבל בטמפרטורות שונות, במהירות ויצרו של 250 מ"מ / s, או באופן שקול, שיעור זן של 6.26 s ^-1.

פיתוח 2. מודל אינטראקטיבי חיכוך / תלבש

1. בצע בדיקות כדור-על-דיסק עבור מצופה דגימות (דיסק)
   1. כן ניטריד טיטניום (פח) ציפוי על פלדת נושאותדיסק GCr15 באמצעות קשת לקתודה מקרטעת magnetron בתדר באמצע, עם הפרמטרים בתצהיר שניתן ביחס ^20.
   2. באמצעות מיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM), להשיג הטופוגרפיה משטח / חתך של המדגם מצופה. מדוד את עובי הציפוי פח באמצעות תמונות SEM ידי השוואת הטופוגרפיה (בהירות חוזה) של חומרי בסיס וציפוי.
      הערה: הפרוצדורות ניתן למצוא התייחסות ^20.
   3. השתמש-filometer פרו משטח אור לבן הבין-ferometric להשיג את חספוס פני השטח של המדגם. מניח את המדגם תחת העדשה ולהתאים את מיקרוסקופ כדי להשיג מבנה שטח ברור. להאיר את המדגם ולהתאים את הזוויות של x ו- y הצירים להתבונן רצועות הפרעה ברורות (אשר ניתן לנטר מהמסך). גדר עומק ברוטו בתוכנה ולהתחיל מדידה. באופן אוטומטי לסרוק את השטח מדגם ולחשב את חספוס פני השטח.
   4. להעריך את חוזק חסיד of המדגם באמצעות בודק מיקרו שריטות. החלת עומס הגדלה (מקסימום 50 N) ובמרחק מאפס (5 מ"מ מקסימום) על ציפוי הפח. קבע את הַכשָׁלָה עומס קריטי של הציפוי ולקבל את עקומות מיקרו שריטות ^20.
   5. להעריך קשיות של המדגם באמצעות indenter קשיות. הפעל עומס סטטי של 20 N על המדגם עבור 15 שניות. מדוד אלכסון הרושם שנעשה על ידי indenter, ולאחר מכן לקבל את ערכי הקשיות מן הבוחן.
   6. כדור-על-דיסק לבצע בדיקות על tribometer בסביבת הסביבה (טמפרטורה 25 ° C, לחות 30%). השתמש 6 מ"מ קוטר WC-6 הכדור% (מיקרו-קשיות 1,780 HV, כוח שחיקה 1,380 N / ס"מ, מודולוס אלסטיות 71 GPA) כמקבילה כנגד דיסקת מצופה. כוונו את מהירות הזזה ביחס 5 מ"מ / s. הפעל עומס רגיל של 200 נ התחל הערכים המנועים ולהקליט חיכוך באמצעות tribometer. תפסיקו את הבדיקה ב 180, 350 ים, 400 s, ו -450 s, בהתאמה, כדי לנתח את המסלול ללבוש באמצעות oמיקרוסקופ ptical ^20.
   7. מדוד את הטופוגרפיה של השטח שחוק באמצעות profilometer משטח interferometric אור לבן לאחר בדיקה.
   8. חזור על בדיקות (שלב 2.1.6) עם המון נורמלי שונים (300 N, 400 N).
2. קבע את האבולוציה של מקדם החיכוך עד ההתמוטטות של הציפוי הקשה, המאופיינת בעלייה חדה של מקדם החיכוך
   1. מגרש את האבולוציה של מקדם חיכוך נגד הזמן אחרי הקלטת ערכי החיכוך בשלב 2.1.6.
      הערה: האבולוציה של מקדם החיכוך מוצגת התייחסות ^20.
   2. להעריך את האבולוציה של מקדם החיכוך מבחינת התנהגות ללבוש ואת המנגנונים הקשורים.
      הערה: האבולוציה של חיכוך מאופיינת לשלושה שלבים שונים: (i) בשלב חיכוך נמוך, (ii) בשלב חיכוך חריש, וכן (iii) פירוט ציפוי במה ^20,21.
   3. להעריך את בגדי היםטאטעס ב 180 s ידי לקטוע את הבדיקה באופן ידני, ולאחר מכן לנתח את המסלול ללבוש באמצעות מיקרוסקופ אופטי.
      הערה: שלב זה הוא לחקור את הפסולה ללבוש לשלב חיכוך הנמוך כמתוארת בשלב 2.2.2.
   4. חזור על שלב 2.2.3 ב 350 s, 400 s, ו -450 s, בהתאמה.
3. לפתח את המודל חיכוך אינטראקטיבי
   1. לאפיין את μ מקדם חיכוך הכולל על ידי שילוב של _α חיכוך μ הראשוני עם חיכוך החריש של חלקיקי חומרת μ _Pc (כפי שמוצג במשוואה. (1)) ^20.
      (1)
   2. מערבב את חיכוך החריש בין הכדור לבין המצע (μ _Ps) עם עובי הציפוי המיידי (ח), אשר תמחיש את העלייה החדה מושרת פירוט ציפוי של חיכוך חריש μ _Pc (Eq. (2)).
      הערה: במקרה זה, μ _Pc שווה μ _Ps כאשר עובי הציפוי שנותר הוא אפס (המציין את הפירוט המלא של הציפוי הקשיח).
      
      (2)
      שם λ ₁ ו λ ₂ פרמטרי מודל הציגו לייצג את המשמעות הפיסית של התהליך ללבוש. λ ₁ מתאר את השפעתו של חלקיקים ללבוש גדולים בפח, ו λ ₂ מייצג את עוצמת השפעת חיכוך החריש, המאופיינת במדרון של מקדם החיכוך.
   3. השתמש באלגוריתם אינטגרציה המבוססת זמן כדי להשיג את ההתפתחות של עובי הציפוי נותר ומדגים הבלאי המצטבר בתנאי קשר שונים. עדכון עובי הציפוי בכל לולאת חישוב לפי משוואה. (3).
      
      (3)
      כאשר h ₀ הוא עובי הציפוי הראשוני הוא השיעור ללבוש תלוי הזמן של הציפוי.
   4. שינוי החוק בגדי Archard ²² (Eq. (4)) וליישם אותו במודל הנוכחי.
      
      (4)
      כאשר K הוא מקדם שחיקה, P הוא לחץ הקשר, V היא מהירות זזה, ו- _C H הוא הקשיות בשילוב של הציפוי ואת המצע.
   5. השתמש במודל של קורסונסקי לחשב את הקשיות המשולבות (Eq. (5)).
      
      (5)
      כאשר H _s הוא הקשיות של המצע, α הוא יחס הקשיות בין ציפוי מצע β הוא מקדם ההשפעה של העובי.
   6. לייצג את עומס פרמטרים תלוי λ ₁ ו- K על ידי כוח lמשוואות aw.
      
      (6)
      (7)
      שם _κ λ1, κ _{K, Ν} λ1 ו Ν _K הם קבועים חומר הקשור בהתפתחות של חיכוך ^20.
   7. התאם את מודל החיכוך האינטרקטיווי את תוצאות הניסוי באמצעות אלגוריתם אינטגרציה שפותח בקבוצה 'המחברים מנת לקבוע את הפרמטרים במודל.

3. סיפורי סימולציה KBC-FE

1. KBC-FE במקרה סימולציה מחקר 1: חיזוי של גבול להרכיב בתנאים בהבלטה חמה
   1. צור שם פרויקט סימולציה חדש בתוכנת סימולציה FE. בחר את התהליך כמו 'בול חם טביעה' ואת הסוג הפותר כמו 'PAM-AutoStamp' כאשרשמירת הפרוייקט.
   2. ייבא את למות הדלת הפנימית על ידי לחיצה על 'CAD כלים ייבוא' ולאחר מכן 'ייבוא transfe r' הדלת הפנימית קובץ הגיאומטריה 'IGS' לתוך ממשק גרפי תוכנת סימולציה FE. בחר את אסטרטגיית "להרכיב חם 'עבור meshing של כלים. שם האובייקט המיובא כמו'תמותי'.
   3. חזור על שלב 3.1.2 ו 'יבוא' האובייקטים של פאנץ' Blankholder, בהתאמה.
   4. הקישו על 'בלנק' תחת לשונית 'הגדרת'. לחץ על 'הוסף ריק' ב 'עורך בלנק ", ולהגדיר את" אובייקט חדש' כמו 'בלנק'. לאחר מכן בחר את הסוג כמו 'Surface בלנק'.
   5. בחר 'מתאר' עבור סוג ההגדרה ולייבא את b הצורה הריקהלחיצה y על 'ייבוא מקובץ CAD'. גדר 'חידוד' כמו 'רמה שהוטלה' ובחר רמה 1 תחת 'אפשרויות Mesh'. בטל 'meshing האוטומטי' ולהגדיר 'גודל Mesh' עד 4 מ"מ.
   6. הגדרת מאפייני החומר 'עורך בלנק'. לחץ על 'טען חומר' תחת לשונית 'חומר'. בחר את 'AA6082' (יחידה: מ"מ · ק"ג · ms · C) חומר כמו תכונות החומר. הגדר את 'בכיוון מתגלגל' ל 'x = 1'. הגדר את 'העובי בלנק' עד 2 מ"מ, ו 'הטמפרטורה הראשונית' ריק ל -490 מעלות צלזיוס.
      הערה: תכונות החומר ודגם חומר מתוארות ביחס ^17.
   7. לחץ על 'תהליך 'תחת' 'הכרטיסיות ובחר "הגדרת סמל +' כדי לטעון מאקרו חדש. דפדף אל 'Hotforming בול ' ובחר 'HF_Validation_DoubleAction_GPa.ksa'. בתיבת הדו-שיח 'התאמה אישית', להפעיל את בלנק, Die, פונץ ', ו Blankholder. תחת הלשונית 'שלבים', להפעיל כוח המשיכה, אחזקות, Stamping, מרווה.
   8. כוונו את כל הפרמטרים 'האובייקטים מייחסים' תחת לשונית 'הגדרה' להתכתב עם הגדרת הניסוי בפועל (כוח החזקה ריק = 50 kN, להרכיב מהירות = 250 מ"מ / s, מקדם חיכוך = 0.1, העברת חום מקדם ²³ בתור פונקציה של לחץ פער ומגע).
   9. לחץ על 'בדוק' סמל לבדוק את הגדרת סימולציה ולהבטיח שלא חלו טעויות ההגדרות הנ"ל.
   10. יש ללחוץ על הצלמית 'חישוב' כדי להפעיל את סיניסוח מתואר.
       הערה: התוכנה רושמת 11 מדינות במהלך הסימולציה במחשב מארח.
   11. לאחר השלמת הדמיה, להתבונן בתוצאות הסימולציה בממשק גרפי תוכנת סימולציה FE, והמשך להקליט "תסריט" בשל מעשה ייצוא ערכי גובה, כלומר, המתח העיקרי (קרום), זן קטין (קרום), וטמפרטורה של כל האלמנטים הריקים, עבור מדינת סימולציה שצוינה. לחץ על 'שיא' וערכי קונטור יצוא ידני. לחץ על 'עצור' כדי לעצור את ההקלטה. שמור את התסריט כדי לחזור על אותה הפעולה עבור כל 11 מדינות הסימולציה.
   12. לחץ על 'הפעל' סמל לטעון את התסריט, לחץ על 'האם כל "לייצא את ערכי הגובה.
       הערה: כל קונטור / מדינה בודדת, התוכנה באופן אוטומטי מייצאת הערכים בקבצים 'ASCII' תחת 'major_strain_statenאדמדם ',' minor_strain_statenumber ', ו' temperature_statenumber ', בהתאמה.
   13. שמור את כל הקבצים לייצא למחשב ענן. הפעל את 'מודל חיזוי מזמוז' (קוד מודול כלומר, ענן) יחד עם כל הקבצים מיוצאים במחשב הענן.
   14. לחזות את ההתפרצות של מזמוז באמצעות יצירת מודל חיזוי גבול במחשב הענן.
       הערה: זה מודל ¹¹ נותן למשתמשים את האפשרות להפעיל את מודל החיזוי על כמרכיב בודד או כל האלמנטים של ריק.
   15. ידני קלט את פרטי הסימולציה / פרמטרים "מודל חיזוי המזמוז '. הזן את מספר המדינות בהדמיה (מדינת 11), שבץ המוחלט של תהליך ההטבעה (157 מ"מ), רוקע מהירות (250 מ"מ / s), זן מגוון של עניין (קריטריון לבחירת האלמנט, למשל, זן> 0.2) ו כל האלמנטים.
       הערה: straבטווח מגביל את האלמנטים עבורו מזמוזים יכולים להתבצע על ידי קביעת קריטריון אלמנט, למשל, רק את הרכיבים עם זן מהותי אחרון יותר מ -0.2 נבחרו לצורך הערכה נוספת במודול.
   16. לאחר השלמת חישוב מודול במחשב ענן, לשמור באופן אוטומטי את כל הנתונים (מזמוז תוצאות חיזוי) לקבצים 'ASCII' מעוצב.
   17. טען את המצב הסופי של תוצאות הסימולציה FE. בכרטיסייה 'קווי המתאר', לחץ על 'ייבוא' ולאחר מכן 'ערכים סקלר'. בחר את הקובץ 'ASCII' המתקבל בשלב לעיל. הצג את תוצאות חיזוי מזמוז בתוכנת סימולצית FE.
2. KBC-FE במקרה סימולציה מחקר 2: חיזוי חיי הכלי בתנאי העמסה רב-מחזור
   1. צור שם פרויקט סימולציה חדש בתוכנת סימולציה FE. בחר את procESS כמו 'רגילה הטבעה' ואת סוג פותר כמו 'PAM-AutoStamp' בעת שמירת הפרויקט.
   2. ייבא את הגיאומטריה למות על ידי לחיצה על 'CAD כלי היבוא' ולאחר מכן 'יבוא העברה' קובץ גיאומטרית צורת U למות 'IGS' לתוך ממשק גרפי תוכנת סימולצית FE. בחר את האסטרטגיה 'אימות' עבור meshing של כלים. שם האובייקט המיובא כמו'תמותי'.
   3. חזור על שלב 3.2.2 לייבא את האובייקטים של פאנץ' Blankholder, בהתאמה.
   4. הקש על 'בלנק' תחת לשונית 'הגדרה'. 'הוסף ריק' ב 'העורך בלנק', הגדר את 't objec החדש' כמו 'בלנק', ולאחר מכן בחר את הסוג כמו 'Surface בלנק'. בחר "ארבעה פויnts 'עבור סוג ההגדרה ולהגדיר את הגודל הריק 120 × 80 מ"מ ^2. גדר 'חידוד' כמו 'שהוטלה רמה': רמת 1 תחת 'אפשרויות Mesh'. בטל 'meshing האוטומטי' ולהגדיר 'גודל Mesh' ל -1.5 מ"מ.
   5. הגדרת מאפייני החומר 'עורך בלנק'. הקש על 'טען חומר' תחת לשונית 'החומר'. בחר את 'AA5754-H111' (יחידה: מ"מ · ק"ג · ms · C) חומר כמו תכונות החומר. הגדר את 'בכיוון מתגלגל' ל 'x = 1'. הגדר את 'עובי בלנק' ל -1.5 מ"מ.
   6. לחץ על 'תהליך' תחת לשונית 'הגדרה' ובחר בסמל '+' כדי לטעון מאקרו חדש. דפדף אל' בול היתכנות' ובחר 'SingleActioin_GPa.ksa'. בתיבת הדו-שיח 'התאמה אישית', להפעיל את בלנק, Die, פונץ ', ו Blankholder. תחת 'שלבים', להפעיל כוח משיכה, אחזקות, ומחתים.
   7. הגדר את כל 'הפרמטרים' בסימולציה להתכתב עם הגדרת הניסוי בפועל (כוחות החזקה ריקה = 5, 20, 50 kN, בהתאמה, מהירות להרכיב = 250 מ"מ / s, מקדם חיכוך = 0.17).
   8. 'בדוק' סט-אפ סימולציה ולהבטיח שלא חלו טעויות ההגדרות הנ"ל.
   9. לחץ על סמל 'חישוב' ולהתחיל את 'חישוב' עבור סימולציה כיפוף 11 מדינות צורת U במחשב המארח.
   10. לאחר השלים ההדמיה, יצוא לתאם "נתונים ונתונים 'לחץ קשר' אוטומטי עבור יצירת העבודהכלים (אגרוף, למות ומחזיק ריק) כקבצים 'ASCII' (לפי שלבים 3.1.11 ו 3.1.12).
   11. שמור את כל הקבצים לייצא למחשב ענן. הפעל את 'מודול חיזוי חיי הכלי' יחד עם כל הקבצים מיוצאים במחשב הענן.
   12. ידני קלט להרכיב פרמטרי 'מודול כלי חי החיזוי ". הזן את הפרמטרים הבאים: מספר המדינות (מדינה 11), שבץ כולל (70 מ"מ), רוקע מהירות (250 מ"מ / sec) ואת מקדם חיכוך ראשוני (0.17).
   13. בחר בכלי (אגרוף, למות, או בעל ריק), ולאחר מכן להתחיל את החישוב עבור אלמנט אחד או את כל האלמנטים.
   14. לאחר השלמת חישוב מודול במחשב ענן, לשמור באופן אוטומטי את כל הנתונים (כולל עובי הציפוי שנותר מיידי מקדם חיכוך) לקבצים 'ASCII' מעוצב.
   15. לטעון ולהציג את עובי הציפוי הנותרים frictiעל מקדם עבור האלמנטים הרלוונטיים תוכנת סימולציה FE (לפי שלב 3.1.17).

תוצאות

סימולציה KBC-FE לחיזוי מזמוז

בתהליך ביול חם, השימוש ריק צורה אופטימיזציה לא רק לחסוך עלות החומר, אלא גם לעזור כדי לצמצם את נוכחותם של פגמים, כגון מזמוז, פיצוח, וקמטים. הצורה הריקה הראשונית משפיעה על זרימת החומר באופן משמעותית במהלך גיבוש, ולכן עיצוב הגיוני של הצורה הריקה הוא קריטי להצלחת התהליך בהבלטה החם ואיכות המוצרים הסופיים. כדי להפחית את המאמצים של ניסויי הניסוי וטעייה כדי לקבוע הגיאומטריה הריקה האופטימלית, סימולצית KBC-FE הוכחה להיות שיטה יעילה ויעילה במיוחד למזעור באזורים עם מזמוז. באמצעות טכניקה זו, כל סימולציה לוקחת כ 2 שעות, ואילו חישוב מודול ענן במקביל לחיזוי מזמוז יושלם בתוך 4 שעות.

n-page = "1"> איור 4 מראה את האבולוציה של הצורה הריקה המשמשת ביול החם, דוגמא הרכיב פנימי דלת רכב. הצורה הריקה הראשונית, אמצה מתהליך הביול קר קונבנציונלי, שמשה לראשונה בסימולצית KBC-FE. תוצאות הניסוי באיור 4 (א) מראים כי כישלון גדול (פיצוח או מזמוז) באזורים גלויים לאחר בהבלטה חמה. לאחר איטרציה אחת של אופטימיזציה הצורה הריקה, ניתן לראות באיור 4 (ב) כי פנל מוצלח כמעט מלא נוצר עם מזמוזים הרבה פחות, בהשוואה לשימוש בצורה הריקה הראשונית. ניתן לראות כי יש עדיין אינדיקציה מזמוז על הכיסים, בפינה הימנית העליונה ופינות שמאל של החלונית. לאחר אופטימיזציה נוספת באיור 4 (ג), בצורה הריקה אופטימיזציה לבסוף הושגה ללא מזמוזים גלויים בלוח. הצורה הריקה אופטימיזציה נקבעה על ידי סימולצית KBC-FE אומתה באופן ניסיוני דרך בהבלטה חמהניסויים שנערכו על קו ייצור אוטומטי לחלוטין המוצע על ידי יצרן מערכת ייצור.

סימולצית KBC-FE עבור חיזוי כלי חיים

סימולציות FE קונבנציונליות של תהליכי מתכת יוצר מבוצעות עבור מחזור אחד. עם זאת, בסביבת ייצור, מחזוריים להרכיב מספר מבוצעים על כלי מסוים, שבו הוא נמצא כי עלייה במספר המחזורים להרכיב התוצאה היא וריאציה גדלה בין המרכיבים יוצר. וריאציה זו במהלך טעינה לכלי רב-מחזור היא התוצאה של שינוי טופוגרפית משטח. לדוגמא, הטעינה רב-המחזור של יצירת כלים עם ציפוי פונקציונלי תוביל להפחתת עובי ציפוי עקב הבלאי. יתר על כן, הפירוט של הציפוי גם יושפע להרכיב פרמטרים, כגון העומס / לחץ, ויצר מהירויות, וכו טכניקת KBC-FE מאפשרתסימולציה של מתכת ויוצרי תהליכים בתנאי העמסה רב-מחזור, שהוא חיוני עבור חיזוי חי השירות של יצירת כלים עם ציפוי תפקודי מתקדם.

כדי לחקור את ההשפעות של כוח החזקה ריק על חיי הכלי, ערכי כוח ההחזקה ריקים של 5, 20, ו -50 kN נבדקו במהירות ויוצרים קבועה של 250 מ"מ / s. איור 5 מציג את התפלגות עובי ציפוי כולים נותרת עם כוחות החזקה ריקים שונים אחרי 300 מחזורי טביעה. זה עולה בבירור כי עובי הציפוי נותר פוחת עם גידול הכח מחזיק הריק.

איור 6 מציג את ציפוי לחץ ואת הזמן שנותר הפצת עובי עם כוחות החזקה ריקים של 5, 20, ו -50 kN, בהתאמה, לאורך מרחק curvilinear של הקובייה לאחר 300 מחזורי טביעה. מאז באזור AB מייצג המזון למותבאזור ראנס במהלך תהליך כיפוף צורת U, הלחץ והמרחק ללבוש יחסית באזור זה, היו הרבה יותר גבוהים מאשר באזורים אחרים של הקובייה. כתוצאה מכך, שחיקה של הציפוי בעיקר התרחשה בתחום זה. ישנם שני ערכי השיא של הפחתת עובי הציפוי ב 20 kN 50 kN שמתאימים לשני פסגות בלחץ. בינתיים, עובי הציפוי נותר פוחת עם הגידול של כוח החזקה ריק. עובי הציפוי נותר הנמוך ביותר עם כוחות החזקה ריקים של 5, 20, ו -50 kN, היה 0.905, 0.570, ו 0.403 מיקרון, בהתאמה, שבו עובי הציפוי הראשוני היה 2.1 מיקרון.

איור 1: השוואה בין זני גבול הניסיוניים וחזה להרכיב בטמפרטורות שונות. זני הגבול להרכיב להגדיל עקב עלייה בטמפרטורה, במהירות קבועה של 250 מ"מ/ s, או באופן שקול, שיעור זן של 6.26 s ^-1. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 2: תרשים סכמטי לסימולצית FE ענן מבוסס ידע של תהליך גיבוש מתכת. תוכנת סימולציה FE מסחרי, משמש להרצת הסימולציה ולייצא את התוצאות הנדרשות עבור מודולים בודדים. המודולים, למשל, formability, העברת חום, חוזק יוצרי פוסט (מיקרו), חיזוי חיי הכלי, עיצוב כלי, וכו ', לעבוד במקביל ובאופן עצמאי בענן, ולכן המאפשר שילוב של חיתוך ידע קצה ממקורות מרובים לתוך סימולציות FE . אנא CLאיכס כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 3: גיאומטריה של חתיכת העבודה וכלי צורת U כיפוף סימולציה. הכלים, כלומר, אגרוף, בעל ריק ולמות, הם המודל באמצעות אלמנטים נוקשה. אלמנטי מעטפת משמשים חתיכת עבודת אלמנטים (ריק). אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 4: אבולוציה של צורה ריקה עבור ביול חם של פנל דלת פנימי (המוצג סימולצית FE). שמאל: הנתונים במסגרות ירוקות מייצגים צורות ריקות בכל שלב אופטימיזציה, ואלה באדומיםמסגרות מתאימות בצורה הריקה לפני הייעול שלה. מימין: מזמוז תוצאות חיזוי בכל שלב אופטימיזציה. (א) תוצאות ראשוניות עם כישלון גדול (פיצוח / מזמוז יוצגו בצבע אדום), (ב) צמצום כישלון עם מזמוזים כמה לאחר השלב הראשון של אופטימיזציה, (ג) צורה ריקה אופטימיזציה סופי ללא מזמוזים גלויים. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 5: התפלגות עובי ציפוי הנותרת (המוצג סימולצית FE) עם כוחות החזקה ריקים: (א) 5 kN, (ב) 20 kN, ו (ג) 50 kN, אחרי 300 מחזורים להרכיב במהירות ביול קבועה של 250 מ"מ / s. אנאלחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 6: חיזוי של מגע עם שימוש בלחץ ועובי ציפוי הנותרים עם כוחות החזקה ריקים: (א) 5 kN, (ב) 20 kN, ו (ג) 50 kN, לאורך מרחק curvilinear של הקובייה במהירות ביול קבועה של 250 מ"מ / s. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Discussion

טכניקת סימולצית KBC-FE מאפשרת סימולציות מתקדמות להתנהל מחוץ לאתר באמצעות מודולים ייעודיים. זה יכול לפעול מודולים פונקציונליים על סביבת ענן, המקשרים את בלוטות מתחום התמחות אחרת, על מנת להבטיח כי סימולציות תהליך מתנהלות בצורה מדויקת ככל האפשר. ההיבטים הקריטיים סימולצית KBC-FE עשויים להיות כרוכים עצמאיים של קודי FE, יעילות של החישוב, ודיוק של מודולים הפונקציונליים. המימוש של כל פונקציה מתקדמת מודול היה להסתמך על פיתוח מודל חדש ו / או טכניקה ניסויית רומן. לדוגמא, מודול הגבול להרכיב מפותח המבוססת על מודל החיזוי ויוצר גבול המאוחד החדש ^11, ואת תחזית מודול חי חיכוך כלי פותחתה כיום על ידי יישום מודל החיכוך האינטרקטיווי ^20. טכניקת סימולצית KBC-FE מציעה גם את הפונקציה של חישוב סלקטיבי, כלומר, רק אלמנטים למלא את הבחירהקריטריונים נבחרו לצורך הערכה נוספת של מודולים בודדים. למשל, מודול חיזוי חיי כלי בוחר באופן אוטומטי את האלמנטים שלשם הציפוי הקשיח נוטה התמוטטות, לפי דירוג שיעור הבלאי של כל האלמנטים ב -1 להרכיב מחזור, ולכן בדרך כלל פחות מ -1% של האלמנטים ייבחרו נוסף ערכות חיי כלי בתנאי העמסה רב-מחזור. במחקר הנוכחי, ניבוי חיי כלי לאחר 300 מחזורי טביעה יכול להסתיים בתוך 5 דקות.

על ידי ביצוע הבדיקות הרלוונטיות ו הכיול בהתאם, מודל הגבול להרכיב יכול להיות מיושם להרכיב סימולציות תהליך וכתוצאה מכך לקבוע את הפרמטרים האופטימליים להפקת מרכיב סגסוגות כגון בהצלחה, וללא מקרים של מזמוז. המודל לחיזוי גבול להרכיב פותחה כמודול ענן כי היה עצמאי של תוכנת FE מנוצל, ויכול להיות מיושם על כל תוכנת FE להעריך את formability של חומר במהלךלהרכיב, ללא ¹⁷ שגרות מסובכות. באמצעות יבוא הנתונים הרלוונטיים לתוך המודל, חישובים יכולים להתבצע כדי לקבוע אם כשל יתרחש, באזורים של הרכיב שהמשתמש יכול לציין, תוך חיסכון במשאבים חישובית. עם זאת, יש לציין כי ככל בעקומי מתח מתח קלט לתוך תוכנת FE דרך שולחן נראה- up פשוט, זה עלול להיות קשה כדי לייצג את תכונות החומר במלואו בטמפרטורות שונות שיעורי זן במהלך סימולציה.

במודול חיזוי חיי כלי, התנהגות החיכוך במהלך גיבוש ניתן לחזות באמצעות יבוא נתוני היסטורית העיוות נדרשו לתוך מודול החיכוך המאומת ^20, ולאחר מכן לייבא את נקודות נתונים הבדידות מחושבות על ידי מודול הענן עבור כל רכיב חזרה לתוך תוכנת FE. הדבר מבטיח כי מודול החיכוך המתקדם יכול להיות בשימוש על ידי כל קודי FE, ללא קשר ליכולת שלהם לשלב-שגרות משתמש. בנוסף, module ניתן להריץ במקביל להפחית את זמן חישוב נוסף. המודל האינטראקטיבי חיכוך / ללבוש גרסה כי אין חלקיקים ללבוש במהלך הראשונית הזזה, וכתוצאה מכך, זה יהיה הגיוני לצפות ערך ראשוני קבוע של מקדם חיכוך 0.17 ^20. למרות המודל הזה חשף את האבולוציה של הפצת חיכוך, התנהגות החיכוך במהלך תהליך גיבוש היא מאוד מסובכת, וקשה לשלב את התנהגות חיכוך המורכבת לחלוטין ממודול הענן לתוך סימולצית FE.

כטכנולוגיה בעתיד, סימולצית KBC-FE תסתמך על פיתוח חבילות תוכנת סימולצית FE מבוססת אינטרנט ייעודי ויציב, אשר ידרוש רווחי מאוד, אבל לגמרי מודל עסקי שונה שיוקם על ידי מפתחי תוכנה. בנוסף, רשת פנימית ייעודית צריכה להיות בנויה בתוך המפלגות השיתופיות על מנת להבטיח אבטחת מידע והאמינות המלאה של המערכת התעשייתית.

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
AA6082-T6	AMAG		Material
AA5754-H111	AMAG		Material
1,000 kN high-speed press	ESH		Forming press
ARGUS	GOM		Optical forming analysis
PAM-STAMP 2015	ESI		FE simulation software
Matlab	MathWorks		Numerical calculation software
Gleeble 3800	DSI		Uniaxial tensile test
High Temperature Tribometer (THT)	Anton Paar		Friction property test
NewViewTM 7100	ZYGO		Surface profilometer
Magnetron sputtering equipment			Coating deposition
Microhardness tester	Wolpert Wilson Instruments
Nano-hardness indenter	MTS