引 言 

软件来设计成形工艺、 模具型面。 传统的成形模拟为满足消费者不断变化的需求， 汽车企业需 同时存在接触和大变形， 为保证运算效率， 必须将要不断推出符合现代审美潮流的新车型， 这也就要 模具视为刚体， 忽略了模具的弹性变形。 但实际生求缩短汽车覆盖件模具的开发周期。 目前， 汽车企 产中使用的模具是中空的壳体结构， 在数十吨甚至业、 模具公司都借助dynaform、 autoform等有限元 数百吨的成形冲击力下会发生不可忽视的弹性变形， 严重影响成形件的质量 ^[1-2]。 传统的解决方法是依靠钳工的修模完成， 需要耗费大量时间和人力。 为进一步缩短开发周期， 设计模具型面、 结构时应考虑模具弹性变形等各种因素。

目前， 大量学者投入到模具型面和结构的优化的研究中。 K.Y.CHO等 发现在成形中考虑模具的弹性变形能更加准确地预测板料的回弹； Del Pozo等 在设计阶段直接对模具进行动态强度分析来补偿模具型面， 将研发效率提升了 30%， 但建模复杂， 难以操作。 针对上述分析存在的问题， 张贵宝 、 杨旭静  等都提出了各自的网格变量映射算法， 这些映射方法精度都不高； Hyperworks开发了基于压强的完成映射的功能模块， 它是基于冲压网格节点坐标和搜索半径完成映射， 当模具网格和冲压网格差别较大时，无法保证模具圆角处的精度。

在成形过程中考虑模具的弹性变形能提升成形质量， 而将成形过程中模具和板料间的节点接触力映射到模具上进行模具型面、 结构优化是一种精度和效率兼顾的方法， 但接触力经过各种算法进行插值、 映射后都存在一定误差。

本文基于上述问题提出了一种新网格映射方法来辅助模具型面以及结构的优化。 该方法要求冲压成形中模具网格和结构分析中模具工作面网格以及节点相同， 直接将成形分析中模具的节点接触力加载到结构分析中模具对应的节点上。 该方法有效避开了不同网格间搜索、 插值存在的各种问题， 使映射精度和运算效率都得到有效保证。

1 基于节点映射的方法及实例

    1.1 基于节点的方法

基于节点映射的核心在于dynaform使用的模具单元网格和ABAQUS中使用的模具实体单元的工作面网格相同， 并且节点号相同， 只有如此， dynaform中得到的节点接触力才能通过节点寻找到正确的位置。 因此， dynaform和ABAQUS中使用的网格都必须借助第三方软件hypermesh完成。

先在hypermesh中划分结构分析所需三维实体网格， 并生成inp文件， 导入到ABAQUS中，并建立静力分析。 利用find face命令生成三维实体网格的面网格， 只保留成形面部分， 生成K 文件， 导入到dynaform中。 通过此方法得到的两套网格的工作面就具有相同的网格和节点编号。

成形分析的目的就是为了获取模具和板料间的节点接触力。 如图2所示， 将包含在ncforc文件中的接触力的节点号和大小提取、 编辑后加载到 inp中便可进行后续ABAQUS结构分析。

1.2 实例及hyperwork映射方法对比

以T形件成形为实例， 将本文提出的节点力直接加载方法和hyperworks映射法对比进行说明。两种方法建立的dynaform模型只有网格不同， 节点直接加载法的dynaform模型中模具网格是在 hypermesh 中生成的； hyperworks 映射法的 dynaform模型网格是dynaform自动生成的。

图3是利用直接加载法映射在凸模上的节点接触力， 图4是在hyperworks中映射到模具上的节点力。 利用直接加载法映射前后， 在Z方向的节点力没有发生任何变化， 但利用hyperworks映射的Z方向的节点力从映射前的2.9737E5N增加到7.0737E5N， 是映射前的2倍多。 图5、 6是节点力映射后进行结构分析得到的凸模Mises应力云图。利用hyperworks映射得到的模型T纵横交接处应力较大， 最大Mises应力达到了477.6MPa； 而利用直接加载法得到模型凸模圆角处应力较大， 最大 Mises应力为247.1MPa， 相对来说， 直接加载法更加合理。

2仿真模型验证

为验证映射方法的准确性， 基于Dynaform模型建立了参数完全一样的ABAQUS模型进行验证。

图8为验证模型的Mises应力云图， 对比发现直接加载法得到的应力分布云图和仿真验证模型的应力分布云图更相似。

3 结 论

成形分析得到的接触力直接基于节点加载在结构分析的实体网格模具上， 这种映射方法避免了插值映射过程中的误差， 而且简便高效，能对模具结构优化等提供更好的支持。