三大沖壓仿真軟件AutoForm/DynaForm/PAM-STAMP綜合對比

2016-11-25 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網

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,國內華中科技大學的FASTAMP等都得到了較廣泛的應用;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、回彈等幾個主要的仿真領域進行測試,對操作界面、難易程度、展開尺寸、計算時間、計算后尺寸、厚度、回彈尺寸等方面進行對比,以綜合評估這三款軟件的差異。

(筆者接觸PAM-STAMP 7年、DynaForm 6年、AutoForm 1年)

測試平臺:

操作系統(tǒng):windows7 SP1_X86

CPU:Intel Q620M (雙核4線程,測試使用單核雙線程)

測試軟件平臺(32bit):

AutoForm R3 V4.5

DynaForm 5.8 LS-DYNA LS971_R5.1.1

PAM-STAMP 2011.0

仿真相關數(shù)據及設置標準:

材質:所有案例材質均采用HC260LAD,厚度1mm:詳細數(shù)據見附表。

工具網格:最大10mm,最小尺寸0.1mm,弦高差0.05;

板材網格:均勻網格大小為3mm ,網格細化層數(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:自動終止

定位:自動定位;

時間步長:各軟件自動擬定;

前處理細節(jié)對比

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三個軟件的前處理界面各有特色,AutoForm是基于零件設計流程化、向導式界面,而DynaForm則基于模具設計及零件設計傳統(tǒng)界面與向導式界面的結合體,PAM-STAMP則是標準的Windows界面程序;

三個軟件的模面網格劃分都是自動化的,但PAM-STAMP對碎面較多的IGES的處理能力要優(yōu)于AutoForm和DynaForm,整體來說,只要參數(shù)設置合理,都可以得到比較好的網格;

從IGES和網格輸入輸出上,DynaForm更靈活一些,比如導入的IGES含有多個層(多個模面)會自動分層,而AutoForm和PAM-STAMP不會自動分層,需要手動操作,比較麻煩;網格輸入上,AutoForm會對輸入的網格進行重劃分,而DynaForm也PAM-STAMP可以比較好的支持Nastran網格等;三個軟件都可以對3D邊界曲線進行IGES輸出;

對稱條件設置DynaForm有些問題,不能定義任意角度,只能對XY等標準方向進行設置,而AutoForm和PAM-STAMP可以任意角度設置,但PAM-STAMP添加對稱面過程比較復雜;

零部件定位,AutoForm是預先可視化自動進行的,DynaForm跟AutoForm比較類似,在多工序或者多工步的時候,只能預先設置位置,不能在第二步自動的接觸定位;PAM-STAMP可以多工步自動定位,但是不是實時的(求解器自動定位)但功能上可以實現(xiàn)多工步模具的自動定位,(比如,計算完一步后,第二步的模具自動落在板料上,而不是從開始定義的位置進行移動)

工序工步設置過程,AutoForm比較簡單,自動化程序較高(基于單一曲面片,適合于零件設計分析流程,而模具設計流程則需要單獨處理一下),DynaForm的自動設置自5.7版本之后也日趨完善(零件設計分析流程和模具設計分析流程兼顧),PAM-STAMP自動設置過程比較繁瑣,要求設置人員對軟件的手動設置過程比較了解,因為有很多地方只能手動設置或自定義宏命令(這個也很繁瑣);

計算終止條件,三個軟件都可以實現(xiàn)用時間、距離、厚度等多種條件的計算終止設置,其中PAM-STAMP可以用多個條件進行控制且比較靈活,而AutoForm和DynaForm只能使用一個;但PAM-STAMP的料厚終止探測不是很好,經常提前終止,AutoForm和DynaForm要好一些;

求解器細節(jié)對比

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求解器對CAE軟件的應用者來說,是一個黑盒子,PAM-STAMP在求解器再計算過程中可以隨時點擊菜單輸出結果,AutoForm、DynaForm則只能預先定義,不能隨時輸出;

在計算完成后,如果需要上模還要往下壓一段距離,AutoForm和DynaForm只能重新設置參數(shù),重新計算,而PAM-STAMP可以在現(xiàn)有計算結果之上進行計算,無需重新分析;

后處理鞋機對比

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后處理,對于大部分結果的輸出,3個軟件都可以做到,比如厚度、應力應變、設備噸位預測等差別不大;從操作上講PAM-STAMP更簡易一些,AutoForm和DynaForm類似;

整體功能表一覽(沖壓相關)

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從目前最新版本看,在沖壓領域,三個軟件都可以做到全工位的和完整工序的分析;

3個軟件本地化做的最好的是DynaForm,軟件和幫助都已經漢化,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對人的要求相對較高;

三個軟件都可以進行回彈補償,但是PAM-STAMP的曲面補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;

下面會重點對比測試零件展開、重力、拉延、切邊、回彈等五個常用的功能進行綜合測試,使用相同的材質和工藝參數(shù)條件,然后對比起結果的差異,本次測試的僅代表軟件的計算結果,不代表與實際的物理現(xiàn)實的差距,僅用于軟件研究和測試;

測試1:坯料快速展開(反求)

三個軟件都有對零部件的反求模塊,也就是AutoForm的ONESTEP,DynaForm的MSTEP,PAM-STAMP的inverse模塊;用于對零部件的快速展平,以優(yōu)化落料或料帶設計;下面對3個軟件的功能進行綜合測試:

測試數(shù)據為:NumiSheet 2008 BM2_00_SRAIL_REFERENCE_GEOMETRY.igs

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總結:

三個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能夠自動輸出輪廓邊線,其他2個軟件需要手動輸出,不過都比較方便,耽誤不了多少時間;

展開的邊線3個軟件相差不大,PAM-STAMP和DynaForm更接近一些,這個與求解器的類型有關,這里不得不說一些DynaForm用的的求解器MSTEP為華中科技大學開發(fā)的,是國內為數(shù)不多的CAE領域的軟件是搭配在DynaForm中,值的稱贊!

下表為AutoForm、DynaForm、PAM-STAMP展開計算結果:

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三個軟件的結果基本一致,其中紅色線為AutoForm的結果,藍色重合部分為DynaForm和PAM-STAMP的結果(2個重合了);

快速展開還可以定義約束點等功能,在AutoForm、DynaForm、PAM-STAMP等中可以進行類似的操作,本次測試就不再一一詳述;

AutoForm和DynaForm還有對展開坯料的料帶布局、材料利用率、價格計算等輔助功能,而PAM-STAMP就沒有類似的功能了;

總之,相對而言,AutoForm和DynaForm的在坯料快速展開這個方面,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,所以可應用性比較好,目前DynaForm還支持分步展開,這個也是3個軟件中獨有的;

測試2:重力測試

測試題目DynaForm自帶的fender例子,DynaForm和PAM-STAMP使用同樣的網格(nas),AutoForm使用默認網格(AF輸入nas網格后,使用和原網格大小差不多的設置條件);

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AutoForm不支持直接利用第三方網格,導入的模面NAS網格文件會直接變成三角網格,對于板料僅是抓取了輸入數(shù)據的邊線,所有的板材網格都是AutoForm自己生成的;

在計算速度上,AutoForm最快,這個也是業(yè)界公認的,PAM-STAMP和DynaForm計算時間基本一致。

計算精度上,AutoForm和DynaForm基本一致,詳細看下頁圖片(DynaForm顯示的是位移的絕對值,這個有些問題)PAM-STAMP的結果與前兩者略有差距;

下表為AutoForm、DynaForm、PAM-STAMP重力計算結果:

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測試3:拉延測試

使用NumiSheet 2008 BM2案例,進行LC3的分析,摩擦系數(shù)為0.045,壓邊力為400KN;

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從計算速度看,AutoForm無愧于速度之王的美譽,計算速度完勝其他2個軟件;DynaForm采用的LS971_R5.1.1的求解器,此版本的求解器計算速度比LS971_R3.2.1慢很多,后者只需要前者50%的時間,此問題在LS971_R6系列的求解器中得到解決,計算效率估計可以提高100%;PAM-STAMP的計算速度速度也是一般,沒有太明顯的變化;

從應變看,AutoForm計算結果應變比較小,而其他2個軟件略大,

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的計算結果容易產生破裂風險,且區(qū)域與AutoForm和DynaForm有較大出入;

從PUNCH受力上看,3個軟件的計算結果差異不大,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)

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3.2 FLD曲線對比

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測試4:切邊

三個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的設置最簡單,無需指定開口的類型,由軟件自動判斷,而AutoForm和DynaForm必須由人工指定開口類型(2個軟件的類似程度很高,不知道誰是原創(chuàng):));三個軟件都支持在多工步計算中自動修邊,但PAM-STAMP沒有單獨的修邊工序;下面為結果截圖

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測試5:回彈測試

三個軟件都可以對修邊前后的工件進行回彈的模擬,結果如下:

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設置過程:三個軟件的回彈設置都相對不是很復雜;

計算速度:AutoForm最快;PAM-STAMP次之,DynaForm最慢(LS971R6之后會有改善)

約束:三個軟件都支持無約束回彈,也都支持節(jié)點約束和物理點坐標約束(DynaForm5.8之后才支持)

計算結果:使用同樣的點約束設置,3個軟件的結果差異性較大,這個也是回彈計算的特點,這也是筆者不再進行回彈補償測試的原因,如果連回彈都不準確,補償就更談不上了,回彈補償?shù)牧鞒?個軟件都基本一致,只是PAM-STAMP需要單獨的軟件映射曲面罷了;

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通過以上的測試結果,三個軟件都可以非常方便穩(wěn)定的對全工序的沖壓過程進行模擬分析,從計算效率上講,AutoForm無愧于速度第一的美譽,目前確實是其他2款軟件沒法比擬的,從設置過程看,AutoForm和DynaForm的自動化程度要高一些,PAM-STAMP的設置方法已經好多年沒有變化了,設置比較繁復,且很多時候都需要手動修訂,從計算結果看,AutoForm的計算結果相對其他2款軟件,其應變偏小,結果看起來更理想,而PAM-STAMP則容易出現(xiàn)破裂,失效風險更大(同等設置條件),所以在日常應用時,3個軟件的設置參數(shù)需要進行積累和微調,不能以一個標準進行分析;

沖壓過程的分析也需要積累和標準化的,不同零件及工況需要不同的設置參數(shù),材料數(shù)據的積累也很重要,這些都需要應用部門進行大量的工作;軟件只是工具,分析結果的準確度不光僅僅靠軟件,應用人員的經驗也很重要。

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