搜索三大沖壓仿真軟件AutoForm/DynaForm/PAM-STAMP綜合對(duì)比
2016-11-25 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
目前市面上有多款沖壓仿真軟件,比如國外的AutoForm、DynaForm、PAM-STAMP、JSTAMP等等,國內(nèi)華中科技大學(xué)的FASTAMP等都得到了較廣泛的應(yīng)用;筆者就目前商用化最好的三款軟件:AutoForm、DynaForm、PAM-STAMP在快速展開、重力、拉延、切邊、回彈等幾個(gè)主要的仿真領(lǐng)域進(jìn)行測(cè)試,對(duì)操作界面、難易程度、展開尺寸、計(jì)算時(shí)間、計(jì)算后尺寸、厚度、回彈尺寸等方面進(jìn)行對(duì)比,以綜合評(píng)估這三款軟件的差異。
(筆者接觸PAM-STAMP 7年、DynaForm 6年、AutoForm 1年)
測(cè)試平臺(tái):
操作系統(tǒng):windows7 SP1_X86
CPU:Intel Q620M (雙核4線程,測(cè)試使用單核雙線程)
測(cè)試軟件平臺(tái)(32bit):
AutoForm R3 V4.5
DynaForm 5.8 LS-DYNA LS971_R5.1.1
PAM-STAMP 2011.0
仿真相關(guān)數(shù)據(jù)及設(shè)置標(biāo)準(zhǔn):
材質(zhì):所有案例材質(zhì)均采用HC260LAD,厚度1mm:詳細(xì)數(shù)據(jù)見附表。
工具網(wǎng)格:最大10mm,最小尺寸0.1mm,弦高差0.05;
板材網(wǎng)格:均勻網(wǎng)格大小為3mm ,網(wǎng)格細(xì)化層數(shù)為2
閉合速度:壓邊:2m/S 拉延:5m/S (AutoForm 壓邊1 拉延2)
摩擦系數(shù):0.045
積分層數(shù):7
終止條件:自動(dòng)終止
定位:自動(dòng)定位;
時(shí)間步長:各軟件自動(dòng)擬定;
前處理細(xì)節(jié)對(duì)比
三個(gè)軟件的前處理界面各有特色,AutoForm是基于零件設(shè)計(jì)流程化、向?qū)浇缑?而DynaForm則基于模具設(shè)計(jì)及零件設(shè)計(jì)傳統(tǒng)界面與向?qū)浇缑娴慕Y(jié)合體,PAM-STAMP則是標(biāo)準(zhǔn)的Windows界面程序;
三個(gè)軟件的模面網(wǎng)格劃分都是自動(dòng)化的,但PAM-STAMP對(duì)碎面較多的IGES的處理能力要優(yōu)于AutoForm和DynaForm,整體來說,只要參數(shù)設(shè)置合理,都可以得到比較好的網(wǎng)格;
從IGES和網(wǎng)格輸入輸出上,DynaForm更靈活一些,比如導(dǎo)入的IGES含有多個(gè)層(多個(gè)模面)會(huì)自動(dòng)分層,而AutoForm和PAM-STAMP不會(huì)自動(dòng)分層,需要手動(dòng)操作,比較麻煩;網(wǎng)格輸入上,AutoForm會(huì)對(duì)輸入的網(wǎng)格進(jìn)行重劃分,而DynaForm也PAM-STAMP可以比較好的支持Nastran網(wǎng)格等;三個(gè)軟件都可以對(duì)3D邊界曲線進(jìn)行IGES輸出;
對(duì)稱條件設(shè)置DynaForm有些問題,不能定義任意角度,只能對(duì)XY等標(biāo)準(zhǔn)方向進(jìn)行設(shè)置,而AutoForm和PAM-STAMP可以任意角度設(shè)置,但PAM-STAMP添加對(duì)稱面過程比較復(fù)雜;
零部件定位,AutoForm是預(yù)先可視化自動(dòng)進(jìn)行的,DynaForm跟AutoForm比較類似,在多工序或者多工步的時(shí)候,只能預(yù)先設(shè)置位置,不能在第二步自動(dòng)的接觸定位;PAM-STAMP可以多工步自動(dòng)定位,但是不是實(shí)時(shí)的(求解器自動(dòng)定位)但功能上可以實(shí)現(xiàn)多工步模具的自動(dòng)定位,(比如,計(jì)算完一步后,第二步的模具自動(dòng)落在板料上,而不是從開始定義的位置進(jìn)行移動(dòng))
工序工步設(shè)置過程,AutoForm比較簡(jiǎn)單,自動(dòng)化程序較高(基于單一曲面片,適合于零件設(shè)計(jì)分析流程,而模具設(shè)計(jì)流程則需要單獨(dú)處理一下),DynaForm的自動(dòng)設(shè)置自5.7版本之后也日趨完善(零件設(shè)計(jì)分析流程和模具設(shè)計(jì)分析流程兼顧),PAM-STAMP自動(dòng)設(shè)置過程比較繁瑣,要求設(shè)置人員對(duì)軟件的手動(dòng)設(shè)置過程比較了解,因?yàn)橛泻芏嗟胤街荒苁謩?dòng)設(shè)置或自定義宏命令(這個(gè)也很繁瑣);
計(jì)算終止條件,三個(gè)軟件都可以實(shí)現(xiàn)用時(shí)間、距離、厚度等多種條件的計(jì)算終止設(shè)置,其中PAM-STAMP可以用多個(gè)條件進(jìn)行控制且比較靈活,而AutoForm和DynaForm只能使用一個(gè);但PAM-STAMP的料厚終止探測(cè)不是很好,經(jīng)常提前終止,AutoForm和DynaForm要好一些;
求解器細(xì)節(jié)對(duì)比
求解器對(duì)CAE軟件的應(yīng)用者來說,是一個(gè)黑盒子,PAM-STAMP在求解器再計(jì)算過程中可以隨時(shí)點(diǎn)擊菜單輸出結(jié)果,AutoForm、DynaForm則只能預(yù)先定義,不能隨時(shí)輸出;
在計(jì)算完成后,如果需要上模還要往下壓一段距離,AutoForm和DynaForm只能重新設(shè)置參數(shù),重新計(jì)算,而PAM-STAMP可以在現(xiàn)有計(jì)算結(jié)果之上進(jìn)行計(jì)算,無需重新分析;
后處理鞋機(jī)對(duì)比
后處理,對(duì)于大部分結(jié)果的輸出,3個(gè)軟件都可以做到,比如厚度、應(yīng)力應(yīng)變、設(shè)備噸位預(yù)測(cè)等差別不大;從操作上講PAM-STAMP更簡(jiǎn)易一些,AutoForm和DynaForm類似;
整體功能表一覽(沖壓相關(guān))
從目前最新版本看,在沖壓領(lǐng)域,三個(gè)軟件都可以做到全工位的和完整工序的分析;
3個(gè)軟件本地化做的最好的是DynaForm,軟件和幫助都已經(jīng)漢化,AutoForm和PAM-STAMP都是英文的,目前還沒有官方漢化版本;從易用性上講,AutoForm和DynaForm相差不大,而PAM-STAMP對(duì)人的要求相對(duì)較高;
三個(gè)軟件都可以進(jìn)行回彈補(bǔ)償,但是PAM-STAMP的曲面補(bǔ)償是第三方軟件完成的,要想得到最終的曲面還得買其他的軟件,而AutoForm和DynaForm則不需要;
下面會(huì)重點(diǎn)對(duì)比測(cè)試零件展開、重力、拉延、切邊、回彈等五個(gè)常用的功能進(jìn)行綜合測(cè)試,使用相同的材質(zhì)和工藝參數(shù)條件,然后對(duì)比起結(jié)果的差異,本次測(cè)試的僅代表軟件的計(jì)算結(jié)果,不代表與實(shí)際的物理現(xiàn)實(shí)的差距,僅用于軟件研究和測(cè)試;
測(cè)試1:坯料快速展開(反求)
三個(gè)軟件都有對(duì)零部件的反求模塊,也就是AutoForm的ONESTEP,DynaForm的MSTEP,PAM-STAMP的inverse模塊;用于對(duì)零部件的快速展平,以優(yōu)化落料或料帶設(shè)計(jì);下面對(duì)3個(gè)軟件的功能進(jìn)行綜合測(cè)試:
測(cè)試數(shù)據(jù)為:NumiSheet 2008 BM2_00_SRAIL_REFERENCE_GEOMETRY.igs
總結(jié):
三個(gè)軟件都有快速反求模塊,用于坯料的快速展開,其中DynaForm的速度和功能比AutoForm和PAM-STAMP豐富一些,DynaForm能夠自動(dòng)輸出輪廓邊線,其他2個(gè)軟件需要手動(dòng)輸出,不過都比較方便,耽誤不了多少時(shí)間;
展開的邊線3個(gè)軟件相差不大,PAM-STAMP和DynaForm更接近一些,這個(gè)與求解器的類型有關(guān),這里不得不說一些DynaForm用的的求解器MSTEP為華中科技大學(xué)開發(fā)的,是國內(nèi)為數(shù)不多的CAE領(lǐng)域的軟件是搭配在DynaForm中,值的稱贊!
下表為AutoForm、DynaForm、PAM-STAMP展開計(jì)算結(jié)果:
三個(gè)軟件的結(jié)果基本一致,其中紅色線為AutoForm的結(jié)果,藍(lán)色重合部分為DynaForm和PAM-STAMP的結(jié)果(2個(gè)重合了);
快速展開還可以定義約束點(diǎn)等功能,在AutoForm、DynaForm、PAM-STAMP等中可以進(jìn)行類似的操作,本次測(cè)試就不再一一詳述;
AutoForm和DynaForm還有對(duì)展開坯料的料帶布局、材料利用率、價(jià)格計(jì)算等輔助功能,而PAM-STAMP就沒有類似的功能了;
總之,相對(duì)而言,AutoForm和DynaForm的在坯料快速展開這個(gè)方面,要比PAM-STAMP功能更好一些,尤其是DynaForm是中文版的,國人開發(fā)的MSTEP求解器也很給力,所以可應(yīng)用性比較好,目前DynaForm還支持分步展開,這個(gè)也是3個(gè)軟件中獨(dú)有的;
測(cè)試2:重力測(cè)試
測(cè)試題目DynaForm自帶的fender例子,DynaForm和PAM-STAMP使用同樣的網(wǎng)格(nas),AutoForm使用默認(rèn)網(wǎng)格(AF輸入nas網(wǎng)格后,使用和原網(wǎng)格大小差不多的設(shè)置條件);
AutoForm不支持直接利用第三方網(wǎng)格,導(dǎo)入的模面NAS網(wǎng)格文件會(huì)直接變成三角網(wǎng)格,對(duì)于板料僅是抓取了輸入數(shù)據(jù)的邊線,所有的板材網(wǎng)格都是AutoForm自己生成的;
在計(jì)算速度上,AutoForm最快,這個(gè)也是業(yè)界公認(rèn)的,PAM-STAMP和DynaForm計(jì)算時(shí)間基本一致。
計(jì)算精度上,AutoForm和DynaForm基本一致,詳細(xì)看下頁圖片(DynaForm顯示的是位移的絕對(duì)值,這個(gè)有些問題)PAM-STAMP的結(jié)果與前兩者略有差距;
下表為AutoForm、DynaForm、PAM-STAMP重力計(jì)算結(jié)果:
測(cè)試3:拉延測(cè)試
使用NumiSheet 2008 BM2案例,進(jìn)行LC3的分析,摩擦系數(shù)為0.045,壓邊力為400KN;
從計(jì)算速度看,AutoForm無愧于速度之王的美譽(yù),計(jì)算速度完勝其他2個(gè)軟件;DynaForm采用的LS971_R5.1.1的求解器,此版本的求解器計(jì)算速度比LS971_R3.2.1慢很多,后者只需要前者50%的時(shí)間,此問題在LS971_R6系列的求解器中得到解決,計(jì)算效率估計(jì)可以提高100%;PAM-STAMP的計(jì)算速度速度也是一般,沒有太明顯的變化;
從應(yīng)變看,AutoForm計(jì)算結(jié)果應(yīng)變比較小,而其他2個(gè)軟件略大,
從FLD上看從區(qū)域看,AutoForm和DynaForm比較接近,而PAM-STAMP比較離散,PAM-STAMP的計(jì)算結(jié)果容易產(chǎn)生破裂風(fēng)險(xiǎn),且區(qū)域與AutoForm和DynaForm有較大出入;
從PUNCH受力上看,3個(gè)軟件的計(jì)算結(jié)果差異不大,基本一致;
從厚度上看,AutoForm和DynaForm比較接近,而PAM-STAMP的最小值偏小;
3.1 PUNCH受力(單位:KN)
3.2 FLD曲線對(duì)比
測(cè)試4:切邊
三個(gè)軟件都可以支持切孔、修邊、開工藝口(破裂刀)的模擬,其中PAM-STAMP的設(shè)置最簡(jiǎn)單,無需指定開口的類型,由軟件自動(dòng)判斷,而AutoForm和DynaForm必須由人工指定開口類型(2個(gè)軟件的類似程度很高,不知道誰是原創(chuàng):));三個(gè)軟件都支持在多工步計(jì)算中自動(dòng)修邊,但PAM-STAMP沒有單獨(dú)的修邊工序;下面為結(jié)果截圖
測(cè)試5:回彈測(cè)試
三個(gè)軟件都可以對(duì)修邊前后的工件進(jìn)行回彈的模擬,結(jié)果如下:
設(shè)置過程:三個(gè)軟件的回彈設(shè)置都相對(duì)不是很復(fù)雜;
計(jì)算速度:AutoForm最快;PAM-STAMP次之,DynaForm最慢(LS971R6之后會(huì)有改善)
約束:三個(gè)軟件都支持無約束回彈,也都支持節(jié)點(diǎn)約束和物理點(diǎn)坐標(biāo)約束(DynaForm5.8之后才支持)
計(jì)算結(jié)果:使用同樣的點(diǎn)約束設(shè)置,3個(gè)軟件的結(jié)果差異性較大,這個(gè)也是回彈計(jì)算的特點(diǎn),這也是筆者不再進(jìn)行回彈補(bǔ)償測(cè)試的原因,如果連回彈都不準(zhǔn)確,補(bǔ)償就更談不上了,回彈補(bǔ)償?shù)牧鞒?個(gè)軟件都基本一致,只是PAM-STAMP需要單獨(dú)的軟件映射曲面罷了;
通過以上的測(cè)試結(jié)果,三個(gè)軟件都可以非常方便穩(wěn)定的對(duì)全工序的沖壓過程進(jìn)行模擬分析,從計(jì)算效率上講,AutoForm無愧于速度第一的美譽(yù),目前確實(shí)是其他2款軟件沒法比擬的,從設(shè)置過程看,AutoForm和DynaForm的自動(dòng)化程度要高一些,PAM-STAMP的設(shè)置方法已經(jīng)好多年沒有變化了,設(shè)置比較繁復(fù),且很多時(shí)候都需要手動(dòng)修訂,從計(jì)算結(jié)果看,AutoForm的計(jì)算結(jié)果相對(duì)其他2款軟件,其應(yīng)變偏小,結(jié)果看起來更理想,而PAM-STAMP則容易出現(xiàn)破裂,失效風(fēng)險(xiǎn)更大(同等設(shè)置條件),所以在日常應(yīng)用時(shí),3個(gè)軟件的設(shè)置參數(shù)需要進(jìn)行積累和微調(diào),不能以一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析;
沖壓過程的分析也需要積累和標(biāo)準(zhǔn)化的,不同零件及工況需要不同的設(shè)置參數(shù),材料數(shù)據(jù)的積累也很重要,這些都需要應(yīng)用部門進(jìn)行大量的工作;軟件只是工具,分析結(jié)果的準(zhǔn)確度不光僅僅靠軟件,應(yīng)用人員的經(jīng)驗(yàn)也很重要。
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