Name: Basada en el Conocimiento de la simulación de la nube FE de los Procesos de conformado de chapa de metal (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-12-13T12:30:00.000+00:00
Duration: 11 min 5 s
Description: Aprende el método KBC-FE para simulación de conformado de chapa metálica mediante computación en la nube. Esta técnica integra modelos predictivos avanzados sin modificar el software de simulación existente.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

se agradece el apoyo financiero de Innovate UK, Carrocerías de automóviles ultraligeras (UlCab, referencia 101568) y Hazlo más ligero, con menos (LightBlank, referencia 131818). La investigación que ha conducido a estos resultados ha recibido financiación del Séptimo Programa Marco de la Unión Europea (FP7/2007-2013) bajo el acuerdo de subvención nº 604240, título del proyecto 'Un sistema industrial que permite el uso de una tecnología de procesamiento de materiales patentada y probada en laboratorio para el conformado de bajo coste de estructuras ligeras para las industrias del transporte (LoCoLite)'. También se recibió un apoyo significativo del Centro de Diseño y Fabricación Estructural AVIC del Imperial College de Londres, financiado por la Corporación de la Industria de la Aviación de China (AVIC).

<ol><li>Miller, W. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+development+in+aluminium+alloys+for+the+automotive+industry%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Sci.+Eng.+A%22%5BJournal%5D)">Recent development in aluminium alloys for the automotive industry.</a> Mater. Sci. Eng. A. 280 (1), 37-49 (2000).</li>
<li>Bolt, P. J., Lamboo, N. A. P. M., Rozier, P. J. C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Feasibility+of+warm+drawing+of+aluminium+products%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mater.+Process.+Tech%22%5BJournal%5D)">Feasibility of warm drawing of aluminium products.</a> J. Mater. Process. Tech. 115 (1), 118-121 (2001).</li>
<li>Li, D., Ghosh, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+temperature+and+blank+holding+force+on+biaxial+forming+behavior+of+aluminum+sheet+alloys%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mater.+Eng.+Perform%22%5BJournal%5D)">Effects of temperature and blank holding force on biaxial forming behavior of aluminum sheet alloys.</a> J. Mater. Eng. Perform. 13 (3), 348-360 (2004).</li>
<li>Toros, S., Ozturk, F., Kacar, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Review+of+warm+forming+of+aluminum-magnesium+alloys%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mater.+Process.+Tech%22%5BJournal%5D)">Review of warm forming of aluminum-magnesium alloys.</a> J. Mater. Process. Tech. 207 (1-3), 1-12 (2008).</li>
<li>Wang, L., Strangwood, M., Balint, D., Lin, J., Dean, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Formability+and+failure+mechanisms+of+AA2024+under+hot+forming+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22Mater.+Sci.+Eng.+A%22%5BJournal%5D)">Formability and failure mechanisms of AA2024 under hot forming conditions.</a> Mater. Sci. Eng. A. 528 (6), 2648-2656 (2011).</li>
<li>Wang, L., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aWang%2C+L+%22TTP2013+Tools+and+Technologies+for+Processing+Ultra+High+Strength+Materials%22">TTP2013 Tools and Technologies for Processing Ultra High Strength Materials</a>. , Austria, Graz. (2013).</li>
<li>El Fakir, O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Numerical+study+of+the+solution+heat+treatment%2C+forming%2C+and+in-die+quenching+%28HFQ%29+process+on+AA5754%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Mach.+Tool.+Manu%22%5BJournal%5D)">Numerical study of the solution heat treatment, forming, and in-die quenching (HFQ) process on AA5754.</a> Int. J. Mach. Tool. Manu. 87 (0), 39-48 (2014).</li>
<li>Raugei, M., El Fakir, O., Wang, L., Lin, J., Morrey, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Life+cycle+assessment+of+the+potential+environmental+benefits+of+a+novel+hot+forming+process+in+automotive+manufacturing%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Clean.+Prod%22%5BJournal%5D)">Life cycle assessment of the potential environmental benefits of a novel hot forming process in automotive manufacturing.</a> J. Clean. Prod. 83, 80-86 (2014).</li>
<li>Liu, J., Gao, H., Fakir, O. E., Wang, L., Lin, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((HFQ+forming+of+AA6082+tailor+welded+blanks%5BTitle%5D)+AND+%22MATEC+Web+of+Conferences%22%5BJournal%5D)">HFQ forming of AA6082 tailor welded blanks.</a> MATEC Web of Conferences. 21 (05006), (2015).</li>
<li>Karbasian, H., Tekkaya, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+on+hot+stamping%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mater.+Process.+Tech%22%5BJournal%5D)">A review on hot stamping.</a> J. Mater. Process. Tech. 210 (15), 2103-2118 (2010).</li>
<li>El Fakir, O., Wang, L., Balint, D., Dear, J. P., Lin, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Predicting+Effect+of+Temperature+Strain+Rate+and+Strain+Path+Changes+on+Forming+Limit+of+Lightweight+Sheet+Metal+Alloys%5BTitle%5D)+AND+%22Procedia+Eng%22%5BJournal%5D)">Predicting Effect of Temperature Strain Rate and Strain Path Changes on Forming Limit of Lightweight Sheet Metal Alloys.</a> Procedia Eng. 81 (0), 736-741 (2014).</li>
<li>Shi, Z., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aShi%2C+Z+%22the+3rd+International+Conference+on+New+Forming+Technology%22">the 3rd International Conference on New Forming Technology</a>. , Harbin, China. 100-104 (2012).</li>
<li>Electrolytic Marking [Internet]. , Ostling Etchmark. Staford. Available from:
 <a target="_blank" href="http://www.etchmark.co.uk/marking-tech/electrolytic/">http://www.etchmark.co.uk/marking-tech/electrolytic/</a> (2015).</li>
<li>ARGUS - Optical Forming Analysis [Internet]. , GOM mbH. Braunschweig. Available from:
 <a target="_blank" href="http://www.gom.com/metrology-systems/system-overview/argus">http://www.gom.com/metrology-systems/system-overview/argus</a> (2015).</li>
<li>ARGUS User Manual. , GOM mbH. Germany. Available from:
 <a target="_blank" href="http://www.gom.com/3d-software/download.html">http://www.gom.com/3d-software/download.html</a> (2016).</li>
<li>ISO12004. Metallic materials -- Sheet and strip -- Determination of forming-limit curves. , Available from:
 <a target="_blank" href="http://www.iso.org/iso/catalogue_detail.htm?csnumber=43621">http://www.iso.org/iso/catalogue_detail.htm?csnumber=43621</a> (2008).</li>
<li>Mohamed, M. S., Foster, A. D., Lin, J., Balint, D. S., Dean, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigation+of+deformation+and+failure+features+in+hot+stamping+of+AA6082%3A+Experimentation+and+modelling%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Mach.+Tool.+Manu%22%5BJournal%5D)">Investigation of deformation and failure features in hot stamping of AA6082: Experimentation and modelling.</a> Int. J. Mach. Tool. Manu. 53 (1), 27-38 (2012).</li>
<li>Hosford, W. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Comments+on+anisotropic+yield+criteria%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Mech.+Sci%22%5BJournal%5D)">Comments on anisotropic yield criteria.</a> Int. J. Mech. Sci. 27 (7), 423-427 (1985).</li>
<li>Marciniak, Z., Kuczyński, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Limit+strains+in+the+processes+of+stretch-forming+sheet+metal%5BTitle%5D)+AND+%22Int.+J.+Mech.+Sci%22%5BJournal%5D)">Limit strains in the processes of stretch-forming sheet metal.</a> Int. J. Mech. Sci. 9 (9), 609-620 (1967).</li>
<li>Ma, G., Wang, L., Gao, H., Zhang, J., Reddyhoff, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+friction+coefficient+evolution+of+a+TiN+coated+contact+during+sliding+wear%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Surf.+Sci%22%5BJournal%5D)">The friction coefficient evolution of a TiN coated contact during sliding wear.</a> Appl. Surf. Sci. 345, 109-115 (2015).</li>
<li>Põdra, P., Andersson, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simulating+sliding+wear+with+finite+element+method%5BTitle%5D)+AND+%22Tribol.+Int%22%5BJournal%5D)">Simulating sliding wear with finite element method.</a> Tribol. Int. 32 (2), 71-81 (1999).</li>
<li>Archard, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Contact+and+Rubbing+of+Flat+Surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Appl.+Phys%22%5BJournal%5D)">Contact and Rubbing of Flat Surfaces.</a> J. Appl. Phys. 24 (8), 981-988 (1953).</li>
<li>Liu, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Determination+of+the+interfacial+heat+transfer+coefficient+in+the+hot+stamping+of+AA7075%5BTitle%5D)+AND+%22MATEC+Web+of+Conferences%22%5BJournal%5D)">Determination of the interfacial heat transfer coefficient in the hot stamping of AA7075.</a> MATEC Web of Conferences. 21 (05003), (2015).</li>
</ol>

Los autores no tienen nada que revelar.

La técnica de simulación KBC-FE permite simulaciones avanzadas para llevar a cabo fuera de las instalaciones a través de módulos dedicados. Se puede ejecutar módulos funcionales en un entorno de nube, que enlazan los nodos de diferentes especialidades, para asegurar que las simulaciones de procesos se llevan a cabo con la mayor precisión posible. Los aspectos críticos en la simulación KBC-FE pueden implicar la independencia de los códigos FE, la eficiencia de la computación, y la precisión de los módulos funcionales. La realización de cada función avanzada en un módulo se basaría en el desarrollo de un nuevo modelo y / o una nueva técnica experimental. Por ejemplo, el módulo de límite de conformación está desarrollado en base a la nueva modelo de predicción límite que forma unificada 11, y el módulo de predicción de vida de la herramienta de fricción actualmente ha sido desarrollado por la aplicación del modelo de fricción 20 interactiva. La técnica de simulación KBC-FE también ofrece la función de cálculo diferencial, es decir, sólo los elementos cumplimiento de la seleccióncriterios se seleccionan para su posterior evaluación en los módulos individuales. Por ejemplo, el módulo de herramienta de predicción de la vida selecciona automáticamente los elementos para los que el revestimiento duro tiende a la descomposición, por la clasificación de la velocidad de desgaste de todos los elementos de la primera ciclo de formación, por lo general menos de 1% de los elementos será seleccionado para su posterior evaluaciones vida de la herramienta bajo condiciones de carga con ciclos múltiples. En la presente investigación, la predicción de vida de la herramienta después de 300 ciclos de formación puede ser completado dentro de los 5 min. Al llevar a cabo las pruebas pertinentes y calibrar en consecuencia, el modelo de formación de límite podría aplicarse a la formación de simulaciones de proceso para determinar, en consecuencia los parámetros óptimos para la producción de un componente a partir de tales aleaciones con éxito, y sin incidencias de formación de cuello. El modelo de predicción límite de formación fue desarrollado como un módulo de nube que era independiente del software FE se está utilizando, y se podría aplicar a cualquier software FE para evaluar la capacidad de conformado de un material duranteformando, sin subrutinas complicados 17. Mediante la importación de los datos relevantes en el modelo, los cálculos podrían llevarse a cabo para determinar si se produciría el fracaso, en las regiones del componente que el usuario pueda especificar, el ahorro en recursos computacionales. Sin embargo, hay que señalar que a medida que las curvas de esfuerzo-deformación se introducen en el software FE través de una sencilla tabla de consulta, puede ser difícil de representar completamente de las propiedades del material a diferentes temperaturas y velocidades de deformación durante la simulación. En el módulo de predicción de la vida de la herramienta, el comportamiento de rozamiento durante la formación se puede predecir mediante la importación de los datos de la historia de deformación necesarios en el módulo de fricción verificada 20, y luego importar los puntos de datos discretos calculados por el módulo de nube para cada elemento de nuevo en el software FE. Esto asegura que el módulo de fricción avanzado puede ser utilizado por todos los códigos de FE, independientemente de su capacidad de incorporar user-subrutinas. Además, el Ministerio de DefensaULE se puede correr en paralelo para reducir aún más el tiempo de cálculo. El modelo de fricción / desgaste interactiva supone la ausencia de partículas de desgaste durante el deslizamiento inicial, y como resultado, sería razonable esperar que un valor inicial constante de coeficiente de fricción 0,17 20. Aunque este modelo reveló la evolución de la distribución de fricción, el comportamiento de fricción durante un proceso de formación es muy complicado, y es difícil de integrar completamente el comportamiento de fricción complejo desde el módulo de la nube en la simulación FE. Como una tecnología futura, la simulación KBC-FE se basará en el desarrollo de paquetes de software de simulación basado FE dedicado y robusta de Internet, lo que requeriría un modelo de negocio muy rentable, pero completamente diferente que será establecido por los desarrolladores de software. Además, una red interna específica debe ser construido dentro de los partidos de colaboración para garantizar la seguridad de los datos y la fiabilidad del sistema de control industrial. </p&gt;

Las simulaciones de elementos finitos (FE) se han convertido en una poderosa herramienta para optimizar los parámetros del proceso en la industria del conformado de metales. La fiabilidad de los resultados de la simulación de elementos finitos depende de la precisión de la definición del material, de la entrada en forma de datos de tensión de flujo o ecuaciones constitutivas, y de la asignación de las condiciones de contorno, como el coeficiente de fricción y el coeficiente de transferencia de calor. En los últimos años, se han desarrollado simulaciones avanzadas de FE mediante la implementación de subrutinas definidas por el usuario, lo que ha ampliado significativamente la capacidad del software de FE.
El uso de simulaciones de FE avanzadas en el diseño de procesos de conformado para componentes estructurales ha sido investigado tanto por la industria aeronáutica como por la automotriz, con la intención de producir estructuras livianas que reduzcan los costos operativos y las emisiones deCO2. Se ha prestado especial atención a la sustitución de componentes de acero por materiales de menor densidad, como las aleaciones de aluminio y las aleaciones de magnesio. Sin embargo, estas aleaciones, especialmente las variantes más fuertes, ofrecen una conformabilidad limitada a temperatura ambiente y, por lo tanto, los componentes de forma compleja no se pueden fabricar mediante el proceso convencional de estampación en frío. Por lo tanto, en las últimas décadas se han desarrollado tecnologías avanzadas de conformado a alta temperatura, como el conformado de aluminio en caliente 1-4, el estampado en caliente de aleaciones de aluminio 5-9 y el estampado en caliente de aceros de alta resistencia 10, para permitir la formación de componentes de formas complejas. En general, los procesos de conformado a alta temperatura implican variaciones significativas de temperatura, velocidad de deformación y cambios en la trayectoria de carga 11, lo que, por ejemplo, causaría respuestas inevitables dependientes del viscoplástico y del historial de carga de los materiales de la pieza de trabajo. Estas son características intrínsecas de los procesos de conformado a alta temperatura y pueden ser difíciles de representar utilizando técnicas convencionales de simulación de elementos finitos. Otra característica deseable sería la capacidad de predecir la vida útil de la herramienta a lo largo de múltiples ciclos de conformado en dichos procesos, ya que requieren características de baja fricción logradas a través de recubrimientos que se degradan con cada operación de conformado. Representar todas estas características a través de la implementación de subrutinas definidas por el usuario sería computacionalmente muy costoso. Además, el desarrollo e implementación de múltiples subrutinas requeriría un conocimiento multidisciplinario excesivo por parte de un ingeniero que realizara las simulaciones.
En el presente trabajo, se propone una novedosa técnica de simulación de FE en la nube basada en el conocimiento (KBC-FE), basada en la aplicación de módulos en un entorno de computación en la nube, que permite un método eficiente y eficaz de modelado de características de conformado avanzadas junto con las simulaciones de FE convencionales. En esta técnica, los datos del software FE se procesan en cada módulo en la nube y, a continuación, se importan de nuevo al software FE en el formato coherente correspondiente, para su posterior procesamiento y análisis. Se detalla el desarrollo de estos módulos y su implementación en el KBC-FE.

<table><tbody><tr><td>AA6082-T6</td><td>AMAG</td><td></td><td>Material</td></tr><tr><td>AA5754-H111</td><td>AMAG</td><td></td><td>Material</td></tr><tr><td>1.000 kN Prensa de alta velocidad</td><td>ESH</td><td></td><td>Prensa de conformado</td></tr><tr><td>ARGUS</td><td>GOM</td><td></td><td>Análisis óptico de conformado</td></tr><tr><td>PAM-STAMP 2015</td><td>ESI</td><td></td><td>FE software de simulación</td></tr><tr><td>Matlab</td><td>MathWorks</td><td></td><td>Numérico software de cálculo</td></tr><tr><td>Gleeble 3800</td><td>DSI</td><td></td><td>Ensayo de tracción uniaxial</td></tr><tr><td>Tribómetro de alta temperatura (THT)</td><td>Anton Paar</td><td></td><td>Ensayo de propiedades de fricción</td></tr><tr><td>NewViewTM 7100</td><td>ZYGO</td><td></td><td>Perfilómetro de superficie</td></tr><tr><td>Equipo</td><td></td><td></td> de pulverización catódica de magnetrón <td>Deposición del recubrimiento</td></tr><tr><td>Comprobador de microdureza</td><td>Wolpert Wilson Instruments</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Penetrador de nanodureza&nbsp;</td><td>Mts</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

basada en el conocimiento de la simulación de la nube fe de los procesos de conformado de chapa de metal

Knowledge Based Cloud FE Simulation of Sheet Metal Forming Processes

El uso del software de simulación de elementos finitos (FE) para predecir adecuadamente el resultado de los procesos de conformado de chapa metálica es crucial para mejorar la eficiencia y reducir el tiempo de desarrollo de dichos procesos, al tiempo que se reducen los costes relacionados con la creación de prototipos por ensayo y error. El reciente enfoque en la sustitución de componentes de acero por alternativas de aleación de aluminio en los sectores automotriz y aeroespacial ha aumentado la necesidad de simular el comportamiento de formación de dichas aleaciones para geometrías de componentes cada vez más complejas. Sin embargo, estas aleaciones, y en particular sus variantes de alta resistencia, exhiben una conformabilidad limitada a temperatura ambiente, y se han desarrollado tecnologías de fabricación a alta temperatura para formarlas. En consecuencia, se requieren modelos constitutivos avanzados para reflejar los efectos asociados de la temperatura y la velocidad de deformación. La simulación de este comportamiento es muy costosa desde el punto de vista computacional utilizando técnicas convencionales de simulación de elementos finitos.
Este artículo presenta una novedosa técnica de simulación de FE en la nube basada en el conocimiento (KBC-FE) que combina modelos avanzados de materiales y fricción con simulaciones de FE convencionales de manera eficiente, mejorando así la capacidad de los paquetes de software de simulación comerciales. La aplicación de estos métodos se demuestra a través de dos ejemplos de estudios de caso, a saber: la predicción del límite de formación de un material en condiciones de estampación en caliente y la predicción de la vida útil de la herramienta en condiciones de carga multiciclo.

Simulación KBC-FE para la Predicción Collarino En un proceso de estampación en caliente, el uso de un blanco de forma optimizada no sólo ahorrará el coste del material, sino también ayudar a reducir la presencia de defectos, tales como la formación de cuellos, grietas y arrugas. La forma en blanco inicial afecta el flujo de material de manera significativa durante la formación, y por lo tanto un diseño razonable de la forma en blanco es crucial para el éxito del proceso de estampación en caliente y la calidad de los productos finales. Para reducir los esfuerzos de los experimentos de prueba y error para determinar la geometría óptima en blanco, simulación KBC-FE fue demostrado ser un método altamente eficiente y eficaz para reducir al mínimo las zonas de estrechamiento. Usando esta técnica, cada simulación dura aproximadamente 2 horas, mientras que el cálculo módulo nube paralelo para la predicción de formación de cuello se completa dentro de 4 horas. La figura 4 muestra la evolución de la forma de fogueo para la estampación en caliente, un ejemplo de puerta de automóvil componente interno. La forma en blanco inicial, adoptado de un proceso de estampación en frío convencional, se utilizó por primera vez en la simulación KBC-FE. Los resultados experimentales en la Figura 4 (a) muestran que gran fracaso (como grietas o estrechamiento) áreas son visibles después de la estampación en caliente. Después de una iteración de la optimización de la forma en blanco, se puede ver en la Figura 4 (b) que un panel casi totalmente exitosa se forma con mucho menos de formación de cuello, en comparación con el uso de la forma en blanco inicial. Se puede ver que todavía hay una indicación de formación de cuello en los bolsillos en la parte superior derecha y las esquinas izquierda del panel. Después de una optimización adicional en la Figura 4 (c), la forma en blanco optimizado se obtiene finalmente sin estricción visible en el panel. La forma en blanco optimizado determinada por la simulación KBC-FE se verificó experimentalmente a través de estampación en calienteLos ensayos realizados en una línea de producción totalmente automatizada ofrecido por un fabricante de sistemas de producción. Simulación KBC-FE para la Predicción vida de la herramienta Convencionales simulaciones FE de los procesos de formación de metal se realizan para un solo ciclo. Sin embargo, en un entorno de producción, múltiples ciclos de formación se realizan en una herramienta dada, donde se encuentra que un aumento en el número de ciclos que forman resulta en un aumento de la variación entre los componentes formados. Esta variación durante herramienta de carga multi-ciclo es el resultado del cambio de topografía de la superficie. Por ejemplo, la carga de múltiples ciclos de formación de herramientas con recubrimientos funcionales dará lugar a una reducción del espesor del revestimiento debido al desgaste. Por otra parte, la descomposición del recubrimiento también se verá influenciada por la formación de parámetros, tales como la carga / presión, formando velocidades, etc. La técnica KBC-FE permite lasimulación de chapa procesos bajo condiciones de carga multi-ciclo de conformación, que es esencial para la predicción de la vida en servicio de formación de herramientas con recubrimientos funcionales avanzados. Para investigar los efectos de la fuerza de retención en blanco en la vida de la herramienta, los valores de fuerza de retención en blanco de 5, 20 y 50 kN fueron examinados para una velocidad de formación constante de 250 mm / s. La Figura 5 muestra la distribución de espesor de revestimiento herramienta restante con diferentes fuerzas de retención en blanco después de 300 ciclos de conformado. Se indica claramente que el espesor del recubrimiento restante disminuye con un aumento en la fuerza de sujeción en blanco. La Figura 6 muestra la distribución del espesor de la presión y el revestimiento restante con fuerzas de retención en blanco de 5, 20, y 50 kN, respectivamente, a lo largo de la distancia curvilínea de la matriz después de 300 ciclos de conformado. Dado que la región AB representa la matriz entregión Rance durante el proceso de plegado en forma de U, la presión y la distancia desgaste relativo en esta región eran mucho más alta que otras regiones de la matriz. En consecuencia, el desgaste del recubrimiento se produjo principalmente en esta área. Hay dos valores pico de reducción de espesor de revestimiento a 20 kN y 50 kN que corresponden a los dos picos en virtud de la presión. Mientras tanto, el espesor del recubrimiento restante disminuye con el aumento de la fuerza de sujeción en blanco. Los espesores de recubrimiento restante más bajos con fuerzas de retención en blanco de 5, 20, y 50 kN, fueron 0,905, 0,570, y 0,403 micras, respectivamente, donde el espesor del revestimiento inicial fue de 2,1 micras. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/53957/53957fig1.jpg" /> Figura 1: Comparación entre las cepas límite experimentales y predijo que forman a diferentes temperaturas. Las cepas de límite forman aumentan a medida que aumenta la temperatura, a una velocidad constante de 250 mm/ s, o equivalentemente, una velocidad de deformación de 6,26 s-1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53957/53957fig1large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/53957/53957fig2.jpg" /> Figura 2: diagrama esquemático de la nube basada en el conocimiento FE simulación de un proceso de conformado de chapa metálica. FE software de simulación comercial, se utiliza para ejecutar la simulación y exportar los resultados requeridos para los módulos individuales. Los módulos, por ejemplo, la capacidad de conformado, transferencia de calor, la fuerza de formación de post (microestructura), predicción de vida de la herramienta, herramienta de diseño, etc., funcionan simultáneamente y de forma independiente en la nube, por lo tanto, permite la integración de los conocimientos de vanguardia a partir de múltiples fuentes en simulaciones FE . <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53957/53957fig2large.jpg" target="_blank">Por favor, cl</a>ick aquí para ver una versión más grande de esta figura. <img alt="figura 3" src="/files/ftp_upload/53957/53957fig3.jpg" /> Figura 3: La geometría de la pieza de trabajo y herramientas para la forma en U de simulación de doblado. Las herramientas, es decir, ponche, pisador y mueren, se modelan mediante elementos rígidos. elementos de vaciado se utilizan para la pieza de trabajo elementos (en blanco). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53957/53957fig3large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/53957/53957fig4.jpg" /> Figura 4: Evolución de la forma en blanco para estampación en caliente de un panel interior de la puerta (que se muestra en la simulación FE). Izquierda: Las cifras contenidas en los marcos verdes representan formas en blanco en cada etapa de optimización, y los que están en rojomarcos corresponden a la forma en blanco antes de su optimización. Derecha: collarino predicción de resultados en cada etapa de optimización. (A) Los resultados iniciales con un gran fracaso (craqueo / estricción mostrados en color rojo), (b) la falta de formación de cuello rebajado con un poco después de la primera etapa de optimización, (c) la forma en blanco optimizado final sin formación de cuello visible. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53957/53957fig4large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a> <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/53957/53957fig5.jpg" /> Figura 5: La distribución de espesor de revestimiento restante (que se muestra en la simulación FE) con fuerzas de retención en blanco de: (a) 5 kN, (b) 20 kN, y (c) 50 kN, después de 300 ciclos de formación a una velocidad de estampación constante de 250 mm / s. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53957/53957fig5large.jpg" target="_blank">Por favor</a>clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. <img alt="Figura 6" src="/files/ftp_upload/53957/53957fig6.jpg" /> Figura 6: Predicción de la presión de contacto y el espesor de recubrimiento restante con fuerzas de retención en blanco de: (a) 5 kN, (b) 20 kN, y (c) 50 kN, a lo largo de la distancia curvilínea de la matriz a una velocidad de estampación constante de 250 mm / s. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53957/53957fig6large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>

El siguiente artículo presenta una novedosa técnica de simulación de FE (KBC-FE), que reduce el costo computacional mediante la realización de simulaciones en un entorno de computación en la nube, mediante la aplicación de módulos individuales. Además, establece una red de colaboración sin fisuras entre científicos líderes en el mundo, lo que permite la integración de módulos de conocimiento de vanguardia en las simulaciones de FE.

Basada en el Conocimiento de la simulación de la nube FE de los Procesos de conformado de chapa de metal

The use of Finite Element (FE) simulation software to adequately predict the outcome of sheet metal forming processes is crucial to enhancing the ...

El objetivo general del Método de Simulación por FE Basado en Conocimiento en la Nube consiste en combinar especialidades de diferentes campos en un único portal para mejorar la capacidad y precisión de las simulaciones de procesos de conformado sin aumentar significativamente la dificultad de su uso. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en el campo del conformado de chapa metálica, como establecer los parámetros para conformar componentes con éxito y predecir la vida útil de las herramientas de conformado. Una ventaja importante de esta metodología es que permite utilizar modelos predictivos avanzados con cualquier software de simulación por elementos finitos sin necesidad de realizar modificaciones en los propios modelos.Por lo general, las personas nuevas en este método podrán utilizarlo con muy poca dificultad debido a la interfaz fácil de usar. La demostración visual mostrará lo sencillo que resulta integrar modelos predictivos avanzados en simulaciones convencionales de EF. Esta sección describe cómo se puede utilizar la computación KBC-FE para predecir la conformabilidad en un proceso de estampado en caliente.Inicie un nuevo proyecto en el software de simulación por elementos finitos. Seleccione el proceso como conformado en caliente por estampado y el tipo de solucionador como PAM-AutoStamp al guardar el proyecto. A continuación, importe la matriz interior de la puerta haciendo clic primero en las herramientas de importación CAD, asigne al objeto importado el nombre de matriz, active la estrategia de conformado en caliente para mallar las herramientas, luego importe y transfiera el archivo de geometría IGS de la puerta interior a la interfaz gráfica.Ahora, repita el proceso para importar el punzón y el portamuestra. A continuación, en la pestaña de configuración, haga clic en muestra. Luego, en el editor de muestras, haga clic en agregar muestra.Establezca el nuevo objeto como blanco y configure el tipo como superficie en blanco. Ahora, elija contorno para el tipo de definición e importe la forma en blanco haciendo clic en importar desde un archivo CAD. En opciones de malla, defina el refinamiento como nivel impuesto y seleccione el nivel uno.Luego, desactive la malla automática y establezca el tamaño de la malla en cuatro milímetros. Continúe definiendo las propiedades del material en el editor en blanco. En la pestaña de material, haga clic en cargar un material y seleccione el material AA-six-zero-eight-two.Establezca la dirección de laminado en X igual a uno. Establezca el espesor del tocho en dos milímetros y la temperatura inicial del tocho en 490 grados Celsius. A continuación, vaya a la pestaña de configuración, haga clic en proceso y seleccione el icono de más para cargar una nueva macro.Luego, navegue hasta la carpeta de conformado en caliente del sello y seleccione el archivo GPA de validación de doble acción HF. En el cuadro de diálogo de personalización, active los objetos de punzón, matriz, portamuestra y sujetador de chapa. En la pestaña de etapas, active las etapas de gravedad, sujeción, estampado y temple.Ahora, configure todos los parámetros en los atributos del objeto bajo la pestaña de configuración para que coincidan con el montaje experimental real. Establezca los coeficientes de transferencia de calor como una función del espacio y la presión de contacto. Luego, haga clic en el icono de verificación para comprobar si hay errores en la configuración, y si no los hay, haga clic en el icono de cálculo para iniciar la simulación en el ordenador anfitrión.Después de observar los resultados, ejecute un script para exportar la deformación principal, la deformación secundaria y los valores de contorno de temperatura para todos los elementos de todos los estados de simulación como archivos ascii, y luego guarde los archivos. Al aprovechar los datos de esta manera, no se transfiere ninguna información sobre la geometría del componente al portal en línea, protegiendo así cualquier información confidencial. Ahora, acceda a smart forming, que es el portal recién creado para simulaciones KBC-FE, e inicie sesión en su propio perfil de usuario.Seleccione el módulo de predicción de límite de formado y exporte los archivos de resultados de la simulación al ordenador en la nube. Luego, introduzca el número de estados en la simulación, ingrese manualmente los detalles y parámetros de la simulación e inicie el cálculo. Después de realizar el cálculo, descargue los resultados del ordenador en la nube para su visualización en su simulación por elementos finitos.Luego, cargue el estado final de los resultados de la simulación por elementos finitos y, en la pestaña de contornos, haga clic en importado y luego en valores escalares. Seleccione ascii para mostrar los resultados de la predicción del límite de embutición. Esta sección describe cómo se puede utilizar la computación KBC-FE para predecir la vida útil de la herramienta mediante un proceso de conformado alternativo.Cree y asigne un nombre a un nuevo proyecto de simulación en el software de simulación de elementos finitos. Seleccione el proceso como estampado estándar y el tipo de solucionador como PAM AutoStamp al guardar el proyecto. A continuación, importe la geometría del troquel haciendo clic en herramientas de importación de CAD.Luego, importe y transfiera el archivo de geometría IGS del troquel en forma de U a la interfaz gráfica. Seleccione la estrategia de validación para el mallado de las herramientas y establezca el tamaño de malla en dos milímetros, con un ángulo máximo de cinco. Asigne al objeto importado el nombre de troquel.De la misma manera, importe el punzón y el portamatríz. Ahora, en la configuración, haga clic en la pieza en bruto y añada la pieza en bruto en el editor de piezas en bruto. Establezca el nuevo objeto como pieza en bruto y luego seleccione el tipo como pieza en bruto de superficie.A continuación, elija cuatro puntos para el tipo de definición y establezca el tamaño del espacio en blanco en 120 por 80 milímetros cuadrados. Asegúrese de que la malla automática esté desactivada y establezca el tamaño de la malla en un punto cinco milímetros. Ahora, defina las propiedades del material en el editor de espacios en blanco.Haga clic en cargar un material en la pestaña de material y seleccione el material AA cinco-siete-cinco-cuatro H uno-uno-uno como propiedades del material. Luego, establezca un espesor de la chapa de un punto cinco milímetros con una temperatura inicial de 20 grados Celsius. Continúe haciendo clic en proceso en la pestaña de configuración y seleccione el icono de más para cargar una nueva macro.Diríjase a la carpeta de viabilidad del troquelado y seleccione el archivo GPA de punto de doble acción solo para troquelado. En el cuadro de diálogo de personalización, active el punzón, la matriz, el troquel y el sujetador de la chapa. En las etapas, active el troquelado.Ahora, configure todos los parámetros de la simulación para que coincidan con el montaje real del experimento. A continuación, haga clic en verificar en la configuración para asegurarse de que no se hayan cometido errores. Ahora, haga clic en el icono de cálculo e inicie el cálculo para una simulación de doblado en forma de U de 11 estados en la computadora anfitriona.Una vez que la simulación esté completa, ejecute un script para exportar archivos ascii con los datos de coordenadas y los datos de presión de contacto para la matriz. Luego, desde el portal de conformado inteligente, seleccione el módulo de predicción de vida útil de la herramienta, ingrese manualmente los detalles de la simulación y el número de estados en la simulación, y exporte los archivos de resultados de la simulación al ordenador en la nube. A continuación, inicie el cálculo.Una vez que el cálculo haya finalizado, descargue los resultados y visualice su estado final en el software de simulación por elementos finitos. Para ello, vaya a la pestaña de contornos, haga clic en importado y luego en valores escalares. A continuación, seleccione ascii para mostrar los resultados de la predicción de la vida útil de la herramienta.Se utilizó en la simulación KBC-FE la forma inicial de la pieza en blanco adoptada a partir de un proceso convencional de estampado en frío. Los resultados experimentales con esta forma presentaron grandes áreas de falla visibles tras el estampado en caliente. Tras una iteración de la optimización de la forma de la pieza en blanco, se obtuvo un panel casi completamente exitoso con mucho menos estrechamiento.Puede observarse que aún hay una indicación de estricción en los bolsillos de las esquinas superior derecha e izquierda del panel. Tras una mayor optimización, se obtuvo una forma de preforma sin estricción visible en el panel. La forma de preforma optimizada se verificó mediante ensayos de estampado en caliente realizados en una línea de producción completamente automatizada.Para investigar los efectos de la fuerza de sujeción de la preforma sobre la vida útil de la herramienta, se examinaron tres fuerzas de sujeción. A una velocidad de conformado constante de 250 milímetros por segundo, tras más de 300 ciclos de conformado, el espesor restante del codificado disminuyó conforme aumentó la fuerza de sujeción de la preforma. Al graficar la presión y el espesor restante del codificado a lo largo de la distancia curvilínea del troquel, se observó que el desgaste del codificado ocurrió principalmente en el radio de entrada del troquel.Los dos valores máximos de reducción del espesor de codificación coinciden con los picos de presión. Al desarrollar simultáneamente los modelos predictivos e implementarlos como módulos en el portal de conformado inteligente, la precisión de las simulaciones comerciales por elementos finitos puede mejorarse enormemente sin necesidad de utilizar subrutinas complicadas. Al intentar este procedimiento, es importante recordar que los diferentes módulos deben calibrarse de acuerdo con la aleación de metal laminado que se esté simulando.Además de formar la predicción de límites y vida útil de herramientas, otras características de los procesos de conformado podrían capturarse mediante esta técnica, como la evolución microestructural y la predicción de la resistencia tras el conformado. Esto implica que las especializaciones de científicos líderes de todo el mundo ahora pueden conectarse mediante la contribución de trabajos en conformado de metales en forma de módulos. Las implicaciones de esta técnica se extienden hacia el análisis de grandes volúmenes de datos.Se puede reunir información sobre las condiciones de formación de numerosos procesos para realizar un análisis pertinente que oriente futuros trabajos experimentales y desarrollos de modelos.

knowledge-based-cloud-fe-simulation-of-sheet-metal-forming-processes

Research

Investigación

JoVE Journal

Engineering

Ingeniería

Un método de fabricación de aditivos indirecta la combinación de una impresión en 3D de polímeros con una fundición centrífuga se describe para la fabricación de metales para entramados de octetos 3D (Al y Cu aleaciones) con una longitud de celda unitaria de 5 mm con un espesor de pared de 0,5 mm.

La fabricación indirecta de celosía Los metales con secciones delgadas Uso de fundición centrífuga

Se presentan métodos experimentales para la investigación de procesos de enfriamiento en estado sólido y la caracterización de las propiedades del material elastocalórico de las aleaciones con memoria de forma (SMA). Se ha diseñado un banco de pruebas hecho a medida para el control y la supervisión exhaustiva de los procesos de enfriamiento elastocalórico. Además, proporciona una plataforma de validación para enfoques de modelado acoplados termomecánicamente.

Métodos experimentales para procesos de enfriamiento Elastocaloric Investigación de memoria de forma basada y validación del modelo

Se presenta un protocolo experimental para rotatoria instrumentada cálida formación de aleaciones de aluminio fundido que emplean un aparato de medida en escala industrial. Se discuten consideraciones experimentales incluidos los efectos térmicos y mecánicos, así como la similitud con el procesamiento a gran escala de las ruedas del automóvil.

Procedimiento experimental para hacer girar caliente de fundición, componentes de aluminio

Este protocolo propone un nuevo sistema de pruebas biaxial utilizado en una resistencia de calentamiento de la máquina de ensayo de tracción uniaxial con el fin de determinar el diagrama de la formación de límite (FLD) de láminas de metal en condiciones de estampación en caliente.

Un nuevo aparato de ensayo biaxiales para la Determinación del límite de conformación bajo estampación en caliente Condiciones

En este trabajo, varios aspectos relacionados con el proceso de diseño estructural de un reforzado fibra del carbón lleno vehículo solar plástico son detallados, centrándose en el chasis de monocasco, las ballestas, y probar el vehículo en su conjunto durante un accidente.

Diseño estructural y fabricación de un crucero clase vehículo Solar

Este trabajo presenta un experimento de simulación virtual tridimensional para la deformación y falla del material que proporciona procesos experimentales visualizados. A través de un conjunto de experimentos, los usuarios pueden familiarizarse con el equipo y aprender las operaciones en un entorno de aprendizaje inmersivo e interactivo.

Un experimento virtual de simulación de mecánica: deformación y falla de material basado en microscopía electrónica de barrido

Este protocolo describe el estudio del comportamiento de compresión cuasi-estática de tubos cónicos corrugados utilizando simulaciones de elementos finitos. Se investigó la influencia del gradiente de espesor en el rendimiento de compresión. Los resultados muestran que el diseño adecuado del gradiente de espesor puede cambiar el modo de deformación y mejorar significativamente el rendimiento de absorción de energía de los tubos.

Modelado de elementos finitos para la simulación de la compresión cuasiestática de tubos cónicos corrugados

Este artículo aborda el problema del aumento de temperatura de la unidad principal del anillo mediante el establecimiento de un modelo simplificado y la realización de un análisis comparativo en dos módulos de resolución de campo de temperatura.

Estudio comparativo de simulación de aumento de temperatura en la unidad principal del anillo

Este protocolo describe un flujo de trabajo general para construir una red neuronal artificial para la simulación de soldadura utilizando conjuntos de datos generados automáticamente a través de scripts de Python con funciones macro. El flujo de trabajo se valida con un caso de referencia que involucra soldadura en línea recta de una sola pasada. La precisión predictiva del modelo sustituto muestra una fuerte concordancia con las simulaciones de elementos finitos.

Desarrollo de modelos sustitutos para experimentos digitales en soldadura

Este estudio combina el software de análisis numérico con la metodología de superficie de respuesta (RSM) para explorar sistemáticamente el método de diseño de optimización para placas de fricción de embragues hidroviscosos.

Método de diseño de optimización paramétrica para placas de fricción de embragues hidroviscosos

A continuación, presentamos un protocolo para la simulación y monitorización de un proceso de montaje semiautomatizado a escala, mediante la colaboración de un robot colaborativo y la verificación mediante un sistema de visión artificial para el control de calidad.

Simulación de un proceso de ensamblaje a escala con la colaboración de un brazo robótico y monitoreo a través de un sistema de visión para control de calidad

Aprende el método KBC-FE para simulación de conformado de chapa metálica mediante computación en la nube. Esta técnica integra modelos predictivos avanzados sin modificar el software de simulación existente.

Basada en el Conocimiento de la simulación de la nube FE de los Procesos de conformado de chapa de metal

Explorar más videos